Los científicos del MIT han desarrollado pequeños robots de cuerpo blando que pueden controlarse con un imán débil. Los robots, formados por espirales magnéticas de goma, se pueden programar para caminar, gatear, nadar, todo en respuesta a un campo magnético simple y fácil de aplicar.

"Esta es la primera vez que se hace esto, para poder controlar la locomoción tridimensional de los robots con un campo magnético unidimensional", dice la profesora Polina Anikeeva, cuyo equipo publicó un artículo de acceso abierto sobre los robots magnéticos el 3 de junio en la revista Materiales Avanzados. “Y debido a que están predominantemente compuestos de polímeros y los polímeros son blandos, no se necesita un campo magnético muy grande para activarlos. En realidad, es un campo magnético muy pequeño lo que impulsa a estos robots”, añade Anikeeva, profesora de ciencia e ingeniería de materiales y de ciencias cognitivas y del cerebro en el MIT, investigadora asociada del Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro, así como directora asociada del Laboratorio de Investigación de Electrónica y director del Centro Cerebral-Cuerpo K. Lisa Yang del MIT.

Los nuevos robots están bien adaptados para transportar carga a través de espacios confinados y sus cuerpos de goma son cuidadosos con los entornos frágiles, lo que abre la posibilidad de que la tecnología pueda desarrollarse para aplicaciones biomédicas. Anikeeva y su equipo han fabricado sus robots de milímetros de largo, pero dice que el mismo enfoque podría usarse para producir robots mucho más pequeños.

Ingeniería de robots magnéticos

Anikeeva dice que hasta ahora, los robots magnéticos se han movido en respuesta a campos magnéticos en movimiento. Ella explica que para estos modelos, “si quieres que tu robot camine, tu imán camina con él. Si quieres que gire, gira tu imán”. Eso limita la configuración en la que se pueden implementar dichos robots. “Si está tratando de operar en un entorno realmente limitado, un imán en movimiento puede no ser la solución más segura. Desea poder tener un instrumento estacionario que simplemente aplique un campo magnético a toda la muestra”, explica.

Youngbin Lee PhD ´22, un ex estudiante graduado en el laboratorio de Anikeeva, diseñó una solución a este problema. Los robots que desarrolló en el laboratorio de Anikeeva no están magnetizados uniformemente. En cambio, están magnetizados estratégicamente en diferentes zonas y direcciones, por lo que un solo campo magnético puede permitir un perfil de fuerzas magnéticas que impulsa el movimiento.

Sin embargo, antes de magnetizarlos, se deben fabricar los cuerpos ligeros y flexibles de los robots. Lee comienza este proceso con dos tipos de caucho, cada uno con una rigidez diferente. Estos se intercalan, luego se calientan y se estiran en una fibra larga y delgada. Debido a las diferentes propiedades de los dos materiales, uno de los cauchos conserva su elasticidad a través de este proceso de estiramiento, pero el otro se deforma y no puede volver a su tamaño original. Entonces, cuando se libera la tensión, una capa de la fibra se contrae, tirando del otro lado y tirando de todo en una bobina apretada. Anikeeva dice que la fibra helicoidal sigue el modelo de los zarcillos retorcidos de una planta de pepino, que giran en espiral cuando una capa de células pierde agua y se contrae más rápido que una segunda capa.

Un tercer material, cuyas partículas tienen el potencial de volverse magnéticas, se incorpora en un canal que atraviesa la fibra gomosa. Entonces, una vez que se ha hecho la espiral, se puede introducir un patrón de magnetización que permita un tipo particular de movimiento.

“Youngbin pensó con mucho cuidado en cómo magnetizar a nuestros robots para que pudieran moverse tal como él los programó para moverse”, dice Anikeeva. "Hizo cálculos para determinar cómo establecer tal perfil de fuerzas cuando aplicamos un campo magnético que realmente comenzará a caminar o gatear".

Para formar un robot que se arrastra como una oruga, por ejemplo, la fibra helicoidal se moldea en suaves ondulaciones y luego el cuerpo, la cabeza y la cola se magnetizan de modo que un campo magnético aplicado perpendicularmente al plano de movimiento del robot hará que el cuerpo se mueva. Cuando el campo se reduce a cero, se libera la compresión y el robot que se arrastra se estira. Juntos, estos movimientos impulsan al robot hacia adelante. Otro robot en el que dos fibras helicoidales en forma de pie están conectadas con una articulación está magnetizado en un patrón que permite un movimiento más parecido a caminar.

Potencial biomédico

Este preciso proceso de magnetización genera un programa para cada robot y garantiza que, una vez fabricados, sean fáciles de controlar. Un campo magnético débil activa el programa de cada robot y dirige su tipo particular de movimiento. Un solo campo magnético puede incluso hacer que varios robots se muevan en direcciones opuestas, si han sido programados para hacerlo. El equipo descubrió que una manipulación menor del campo magnético tiene un efecto útil: al presionar un interruptor para invertir el campo, se puede hacer que un robot de transporte de carga se agite suavemente y libere su carga útil.

Anikeeva dice que puede imaginar estos robots de cuerpo blando, cuya producción sencilla será fácil de ampliar, entregando materiales a través de tuberías estrechas, o incluso dentro del cuerpo humano. Por ejemplo, pueden transportar un fármaco a través de vasos sanguíneos estrechos y liberarlo exactamente donde se necesita. Ella dice que los dispositivos accionados magnéticamente también tienen un potencial biomédico más allá de los robots, y algún día podrían incorporarse a músculos artificiales o materiales que apoyen la regeneración de tejidos.

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