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El laboratorio de Mingming Wu lleva más de una década investigando el modo en que los microorganismos, desde las bacterias hasta las células cancerosas, migran y se comunican con su entorno. El objetivo era crear un microrrobot controlado a distancia que pudiera navegar por el cuerpo humano.El equipo de Wu intentó inicialmente diseñar e imprimir en 3D un microrrobot que imitara la forma en que las bacterias utilizan los flagelos para impulsarse.
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Sin embargo, ese esfuerzo fracasó. Pronto empezaron a explorar un enfoque menos literal. El principal obstáculo era cómo alimentarlo. Al igual que una persona debe arrastrarse antes de poder caminar, un microrobot necesita recibir energía antes de poder nadar.
"Las bacterias y los espermatozoides consumen básicamente la materia orgánica del fluido que los rodea, y eso es suficiente para alimentarlos", explica Wu. "Pero para los robots de ingeniería es difícil, porque si llevan una batería, es demasiado pesada para que se muevan"
El equipo dio con la idea de utilizar ondas sonoras de alta frecuencia. Como los ultrasonidos son silenciosos, pueden utilizarse fácilmente en un laboratorio experimental. Además, la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE.UU. ha considerado que esta tecnología es segura para los estudios clínicos.
En colaboración con la Cornell NanoScale Science and Technology Facility (CNF), el antiguo investigador postdoctoral Tao Luo creó un microrobot nadador triangular que parece un insecto cruzado con un cohete.
La característica más importante del nadador es un par de cavidades grabadas en su espalda. Como su material de resina es hidrofóbico, cuando el robot se sumerge en una solución, una pequeña burbuja de aire queda automáticamente atrapada en cada cavidad. Cuando un transductor de ultrasonidos apunta al robot, la burbuja de aire oscila, generando vórtices -también conocidos como flujo- que impulsan al nadador hacia adelante.
Otros ingenieros han construido anteriormente nadadores de "una sola burbuja", pero los investigadores de Cornell son los primeros en ser pioneros en una versión que utiliza dos burbujas, cada una con una abertura de diferente diámetro en su respectiva cavidad. Variando la frecuencia de resonancia de las ondas sonoras, los investigadores pueden excitar cualquiera de las dos burbujas -o sintonizarlas juntas-, controlando así la dirección en la que se impulsa el nadador.
El reto será hacer que los nadadores sean biocompatibles, para que puedan navegar entre células sanguíneas de su mismo tamaño. Los futuros micronadadores también tendrán que estar hechos de material biodegradable, para que se puedan enviar muchos robots a la vez. De la misma manera que para la fecundación se necesita un solo espermatozoide, el volumen es clave. "Para el suministro de fármacos, se podría tener un grupo de nadadores micro-robóticos, y si uno fallara durante el viaje, no sería un problema. Así es como sobrevive la naturaleza", dijo Wu. "En cierto modo, es un sistema más robusto. Más pequeño no significa más débil. Un grupo de ellos es imbatible. Creo que estas herramientas inspiradas en la naturaleza suelen ser más sostenibles, porque la naturaleza ha demostrado que funciona."
