FUENTE: https://es.wired.com (Artículo originalmente publicado enWIRED Japón. Adaptado por Alondra Flores.)
Si bien la electrónica se ha miniaturizado cada vez más en las últimas décadas, los robots autónomos han tenido dificultades para superar la barrera de 1 mm. Esto se debe a que los brazos y piernas diminutos son frágiles y difíciles de fabricar. Además, las leyes de la física cambian en el mundo microscópico: en lugar de la gravedad y la inercia, predominan la resistencia y la viscosidad.
En medio de esto, investigadores estadounidenses anunciaron los resultados de una investigación que supera un desafío de 40 años. Un nuevo robot, desarrollado por un equipo conjunto de la Universidad de Pensilvania y la Universidad de Michigan, mide tan solo 200 × 300 × 50 micrómetros, lo que lo hace más pequeño que un grano de sal. Aun así, es capaz de percibir su entorno, tomar decisiones de forma autónoma, nadar y desplazarse bajo el agua.
Además, no depende de ningún control externo, como cables o campos magnéticos, y es completamente autónomo. Se estima que su costo de producción es de tan solo un céntimo por unidad.
«Hemos conseguido miniaturizar un robot autónomo hasta 1/10,000 veces el tamaño de uno convencional. Esto abre una nueva escala para los robots programables», explica Mark Miskin, profesor adjunto de la Universidad de Pensilvania y especialista en ingeniería de sistemas eléctricos.
Propulsión generada por campos eléctricos
El sistema de propulsión desarrollado por Miskin y su equipo desafía la teoría robótica convencional. Los peces y otras grandes criaturas acuáticas avanzan empujando el agua hacia atrás, de acuerdo con la tercera ley del movimiento de Newton. Pero empujar el agua a escala microscópica es como empujar alquitrán espeso: la viscosidad es demasiado alta para que brazos y piernas diminutos puedan superarla.
Por ello, los investigadores adoptaron un enfoque completamente nuevo. En lugar de mover partes de su cuerpo para nadar, este robot se desplaza generando un campo eléctrico a su alrededor, que empuja suavemente partículas cargadas en el líquido. Estas partículas en movimiento arrastran las moléculas de agua cercanas, creando una corriente alrededor del robot. Es como mover el océano o un río sin que el robot se desplace directamente.
El robot es impulsado por la luz de unos LED y puede desplazarse una distancia equivalente a la longitud de su cuerpo en, como máximo, un segundo. La dirección del movimiento puede modificarse ajustando el campo eléctrico, lo que le permite seguir trayectorias complejas o desplazarse en grupo, como un banco de peces.
La principal ventaja de este método de locomoción es su altísima durabilidad, gracias a la ausencia de piezas móviles. Según Miskin, no se observaron daños tras movimientos repetidos con micropipetas. Por el contrario, los investigadores aseguran que puede nadar de forma continua durante meses.
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El más pequeño del mundo
La propulsión por sí sola no basta para lograr una verdadera autonomía. Los robots autónomos deben percibir su entorno, tomar decisiones y alimentarse a sí mismos. Todo ello debe estar contenido en un chip que mida menos de 1 mm. El equipo de investigación de David Blau, de la Universidad de Michigan, asumió este reto.
Blau y su equipo ostentan el récord de construcción del robot más pequeño del mundo. Cuando conocieron a Miskin en una presentación ante la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de Estados Unidos (DARPA), estaban convencidos de que sus tecnologías se complementarían a la perfección. La idea tardó cinco años en materializarse.
El mayor obstáculo, recuerdan, era la energía. Los paneles solares del robot generan solo 75 nanovatios de energía. Esto es menos de una centésima de la energía que consume un reloj inteligente. Para resolver este problema, el equipo de investigación diseñó un nuevo circuito especial que funciona a voltajes extremadamente bajos.
Además, las limitaciones espaciales eran un gran obstáculo. Los paneles solares ocupaban la mayor parte de la superficie, lo que dejaba poco espacio para la infraestructura informática. Por ello, los investigadores replantearon radicalmente el programa, que requería muchas instrucciones, y lo condensaron en una única instrucción especial, que pudieron encajar en el reducido espacio de memoria del robot.
¿Cómo se transmite la información?
El robot está equipado con sensores electrónicos capaces de detectar cambios mínimos de temperatura. Sin embargo, debido a su escala microscópica, se necesitaba un giro para comunicar las lecturas. Programando los sensores para que codificaran sus lecturas en forma de «oscilaciones de baile», los investigadores establecieron un ingenioso medio de comunicación, utilizando un microscopio con cámara para observar los movimientos del robot y descodificar la información. Es muy parecido al modo en que las abejas se comunican entre sí», explica Blau.
Además, cada robot tiene un identificador único y está diseñado para transmitir instrucciones distintas a unidades diferentes. Esto significa que varios robots pueden desempeñar distintas funciones en la realización conjunta de grandes tareas.
Según el equipo de investigación, es la primera vez que se monta una computadora completa con procesador, memoria y sensores en un robot de menos de 1 mm de tamaño. Los microrobots funcionan a la misma escala que los microorganismos, lo que podría ser útil para aplicaciones como la monitorización de células individuales por parte de médicos o el ensamblaje de dispositivos diminutos por parte de ingenieros.
Los investigadores han demostrado ahora que pueden montar computadoras y sensores en un objeto tan pequeño que resulta casi invisible, y hacerlo funcionar durante varios meses. Miskin confía en que esto sea solo el principio, un logro que abra nuevas puertas a la robótica a microescala.
