Se prevé que los microrrobots, cuyo tamaño suele ser solo una fracción del diámetro de un cabello, revolucionen la atención sanitaria.
Están diseñados para nadar por el cuerpo, administrar medicamentos en zonas específicas y realizar los procedimientos quirúrgicos más pequeños.
Hace poco se desarrolló un microrrobot que imita a una larva de estrella de mar, cuyas cientos de miles de cilios pueden generar un vórtice y también recoger partículas.
Unos investigadores han desarrollado un diminuto robot que imita el movimiento de una larva de estrella de mar.
Entre los científicos hay un gran interés por las máquinas diminutas que prometen revolucionar la medicina. Estos microrrobots, cuyo tamaño suele ser solo una fracción del diámetro de un cabello, están diseñados para nadar por el cuerpo, administrar medicamentos en zonas específicas y realizar los procedimientos quirúrgicos más pequeños.
Los diseños de estos robots suelen inspirarse en microorganismos naturales, como bacterias o algas. El nuevo microrrobot es un sistema sintético activado por ultrasonidos que imita la disposición natural de las bandas de cilios de las estrellas de mar y aprovecha la acústica no lineal para reproducir el movimiento y las técnicas de manipulación de la larva.
Los cilios son un elemento clave
A primera vista, los microrrobots apenas se parecen a las larvas de estrella de mar. En su fase larvaria, la estrella de mar tiene un cuerpo lobulado que mide apenas unos milímetros de diámetro. El microrrobot, en cambio, es rectangular y diez veces más pequeño: mide solo un cuarto de milímetro de ancho. Sin embargo, ambos comparten una característica importante: una serie de finos pelos móviles en la superficie, llamados cilios.
El cuerpo de una larva de estrella de mar está cubierto por cientos de miles de estos pelos. Dispuestos en filas, se mueven de un lado a otro de forma coordinada y crean remolinos en el agua circundante.
La orientación relativa de dos filas determina el resultado: inclinar hacia sí dos bandas de cilios en movimiento crea un vórtice con efecto de propulsión que impulsa a la larva. En cambio, inclinar dos bandas en direcciones opuestas crea un vórtice que atrae el líquido y atrapa partículas de las que se alimenta la larva.
Estos cilios fueron el elemento clave del diseño del nuevo microrrobot.
«Al principio, simplemente queríamos comprobar si podíamos crear vórtices similares a los de la larva de estrella de mar con filas de cilios inclinadas unas hacia otras o en direcciones opuestas», afirma Daniel Ahmed, profesor de robótica acústica para las ciencias de la vida y la atención sanitaria en la ETH de Zúrich.
Para ello, los investigadores utilizaron fotolitografía para construir un microrrobot con bandas de cilios inclinadas de forma adecuada. Después aplicaron ondas de ultrasonido desde una fuente externa para hacer oscilar los cilios. Las versiones sintéticas se mueven de un lado a otro más de diez mil veces por segundo, unas mil veces más rápido que los de una larva de estrella de mar.
Al igual que en la larva, estos cilios en movimiento pueden generar un vórtice con efecto de succión en la parte delantera y otro con efecto de propulsión en la trasera. El efecto combinado «dispara» al robot hacia delante.
En el laboratorio, los investigadores demostraron que los microrrobots pueden nadar en línea recta por líquidos como el agua. Al añadir diminutas perlas de plástico al agua, pudieron visualizar los vórtices que generaba el microrrobot. El resultado es asombroso: tanto las larvas de estrella de mar como los microrrobots generan patrones de flujo prácticamente idénticos.
A continuación, los investigadores dispusieron las bandas de cilios de modo que un vórtice de succión quedara junto a uno de propulsión, imitando la técnica de alimentación de las larvas de estrella de mar. Esta disposición permitió a los robots recoger partículas y enviarlas en una dirección predeterminada.
El futuro de los microbots
Ahmed está convencido de que este nuevo tipo de microrrobot estará listo para su uso en medicina en un futuro próximo. Esto se debe a que un sistema que depende únicamente de los ultrasonidos ofrece ventajas decisivas: las ondas de ultrasonido ya se utilizan ampliamente en la obtención de imágenes, penetran profundamente en el cuerpo y no entrañan riesgos para la salud.
El hecho de que esta terapia solo requiera un dispositivo de ultrasonido la hace barata, añade, y por tanto apta para su uso tanto en países desarrollados como en desarrollo.
Ahmed cree que una de las primeras aplicaciones podría ser el tratamiento de tumores gástricos. La absorción de los fármacos convencionales por difusión es ineficiente, pero si los microrrobots transportaran un fármaco directamente hasta un tumor de estómago y lo administraran allí, podrían hacer más eficiente su absorción por las células tumorales y reducir los efectos secundarios.
Pero antes de hacer realidad esta visión, queda por superar un gran desafío: la obtención de imágenes. Para guiar las diminutas máquinas hasta el lugar adecuado, es necesario generar una imagen nítida en tiempo real. Los investigadores tienen previsto hacer más visibles los microrrobots incorporando agentes de contraste, como los que ya se utilizan en la obtención de imágenes médicas por ultrasonido.
Además de sus aplicaciones médicas, Ahmed prevé que este diseño inspirado en las estrellas de mar tenga importantes repercusiones en la manipulación de volúmenes diminutos de líquido en la investigación y la industria. Las bandas de cilios en movimiento podrían realizar tareas como mezclar, bombear y atrapar partículas.
