Investigadores crean los robots autónomos más pequeños del mundo: miden menos que un grano de sal

Un equipo de científicos de la Universidad de Pensilvania y la Universidad de Míchigan ha marcado un hito en la nanotecnología al desarrollar los robots autónomos y programables más pequeños jamás creados.

Un microrrobot sobre una moneda de un centavo de dólar para ilustrar su escala. Crédito: Michael Simari/Universidad de Míchigan.

Con unas dimensiones de aproximadamente 200 por 300 por 50 micrómetros, estos robots son más pequeños que un grano de sal y apenas visibles al ojo humano. Además, son capaces de sentir su entorno, responder a estímulos y operar de forma independiente durante meses, con un costo de fabricación de apenas un centavo por unidad.

Y lo más destacable de todo es que, al operar en la misma escala que muchos microorganismos biológicos, prometen revolucionar áreas como la medicina. Tal es el caso del monitoreo de células individuales o la fabricación asistida de dispositivos a microescala para la industria.

Superando la barrera del submilímetro

Durante décadas, la electrónica ha reducido su tamaño de forma exponencial, pero la robótica no había logrado seguir el ritmo. El desafío técnico de miniaturizar componentes mecánicos funcionales ha mantenido al campo estancado en este problema durante casi 40 años.

«Construir robots que operen de forma independiente por debajo de un milímetro es increíblemente difícil», explica Marc Miskin, profesor en Penn Engineering y autor principal de la investigación. A esta escala, las fuerzas que dominan nuestro mundo, como la gravedad y la inercia, pierden relevancia frente a fuerzas de superficie como la viscosidad.

Un microrrobot, totalmente integrado con sensores y un ordenador, lo suficientemente pequeño como para equilibrarse sobre la cresta de una huella dactilar. Crédito: Marc Miskin, Penn.

Según Miskin, para un robot de este tamaño, moverse en el agua es como intentar avanzar a través de brea. Por ello, el equipo descartó brazos o piernas mecánicas —demasiado frágiles y difíciles de construir— y diseñó un sistema de propulsión totalmente nuevo que aprovecha la física del entorno microscópico.

De esta manera, en lugar de flexionar sus cuerpos, estos robots generan un campo eléctrico que empuja los iones del líquido circundante. Estos iones, a su vez, mueven las moléculas de agua, creando una corriente que impulsa al robot sin necesidad de piezas móviles que puedan desgastarse.

Un cerebro de bajo consumo

Para lograr la verdadera autonomía, el equipo de David Blaauw en la Universidad de Míchigan desarrolló un microordenador capaz de funcionar con solo 75 nanovatios. Esto representa un consumo de energía 100.000 veces menor que el de un reloj inteligente convencional, un requisito indispensable para operar con paneles solares diminutos.

Debido a que los paneles ocupan casi todo el espacio del robot, los investigadores tuvieron que rediseñar las instrucciones de programación para condensarlas en una memoria minúscula. El resultado es el primer robot submilimétrico que puede «pensar», procesar información y actuar en consecuencia de manera autónoma.

El robot cuenta con una computadora completa integrada, lo que le permite recibir y seguir instrucciones de manera autónoma». Crédito: Miskin Lab y Blaauw Lab.

Este avance informático permite que el robot no sea solo una máquina pasiva, sino un agente capaz de ejecutar tareas complejas. Al integrar procesador, memoria y sensores en una superficie tan reducida, se ha logrado cerrar la brecha entre la computación avanzada y la robótica microscópica.

Robots que sienten, recuerdan y reaccionan

Los robots están equipados con sensores electrónicos capaces de detectar variaciones de temperatura con una precisión de un tercio de grado Celsius. Esto les permite, a modo de ilustración, dirigirse hacia zonas de mayor calor o reportar actividad celular, funcionando como monitores de salud a nivel microscópico.

Para comunicar estos datos a los investigadores, realizan una coreografía específica. «Diseñamos una instrucción especial que codifica valores, como la temperatura medida, en los movimientos de un pequeño baile», afirma Blaauw. Los científicos observan este baile a través de un microscopio y decodifican el mensaje, de forma similar a como se comunican las abejas.

Esta sofisticada capacidad de respuesta es posible porque el diseño se concibió como una plataforma general, capaz de integrar nuevas funciones según sea necesario. En tal sentido, su capacidad de organización en enjambres coordinados podría permitir la creación de sistemas de transporte anticola a nivel microscópico, optimizando el flujo de sustancias o microcomponentes en procesos industriales.

«Este es solo el primer capítulo», concluye Miskin. El equipo confía en que, una vez establecida esta base, será posible añadir capas de inteligencia adicionales. Se abre así la puerta a un futuro donde enjambres de robots invisibles realicen tareas críticas con una precisión sin precedentes en entornos antes inaccesibles.

Fuente: U. Penn. Edición: MP.