Investigadores de la Universidad de Pensilvania y la Universidad de Michigan han logrado un hito importante en la robótica: crear robots totalmente autónomos alimentados por energía solar cuya fabricación cuesta solo un centavo. Estas máquinas, más pequeñas que un grano de sal, superan desafíos de décadas de antigüedad en microrobótica aprovechando la propulsión eléctrica y diseños de circuitos novedosos. El desarrollo abre puertas a avances en nanotecnología, investigación médica y más.
El desafío de la microrobótica que lleva décadas
Durante 40 años, el campo de la robótica ha luchado por construir robots independientes a escalas submilimétricas. El problema no es sólo la miniaturización; es física. A medida que los objetos se encogen, la inercia se vuelve menos dominante mientras que los efectos del área de superficie como la viscosidad y la resistencia toman el control. Esto significa que los diseños tradicionales de locomotoras, como piernas o brazos, se vuelven poco prácticos a nivel micro: moverse a través de fluidos a esta escala es similar a empujar a través de alquitrán. La solución del equipo evita por completo la necesidad de extremidades mecánicas y, en cambio, depende de campos eléctricos para impulsar los robots.
Cómo funcionan: electricidad, iones y agua
Cada robot, que mide aproximadamente 200 x 300 x 50 micrómetros, convierte la energía de pequeños paneles solares en un campo eléctrico cuando se sumerge en una solución. Este campo empuja los iones cercanos, que luego desplazan las moléculas de agua circundantes, creando movimiento. Los robots no se limitan a un simple movimiento hacia adelante o hacia atrás; Al ajustar el campo eléctrico, pueden moverse individualmente o en patrones coordinados, imitando el comportamiento de un banco de peces. Los investigadores lo explican porque el robot está en un río en movimiento y también causando que el río se mueva.
Superar las limitaciones de energía: diseño de circuito radical
La miniaturización presenta otro obstáculo: espacio limitado para fuentes de energía, memoria y circuitos. Los robots funcionan con sólo 75 nanovatios, más de 100.000 veces menos de lo que consume un reloj inteligente. Para abordar esto, ingenieros de la Universidad de Michigan desarrollaron diseños de circuitos completamente nuevos que funcionan a bajos voltajes, reduciendo las necesidades de energía del robot en más de 1000 veces. Los paneles solares ocupan la mayor parte de la superficie del robot, por lo que el equipo tuvo que condensar radicalmente las instrucciones de programación.
Comunicación a través del movimiento: la “danza del meneo”
Los microrobots incluyen sensores capaces de detectar la temperatura con gran precisión (dentro de un tercio de grado Celsius). Para informar sus hallazgos, utilizan un método de comunicación único inspirado en las abejas. Codifican datos en una “danza de movimiento”, un patrón específico de movimiento que los investigadores pueden decodificar usando un microscopio y una cámara. Esto permite a los robots transmitir información sin necesidad de complejos sistemas inalámbricos.
Implicaciones futuras
Los robots actuales ya pueden detectar cambios de temperatura, lo que potencialmente los hace útiles para rastrear la actividad celular y evaluar la salud celular. Pero ya están sentadas las bases para capacidades aún más avanzadas. Con un mayor refinamiento, estos microrobots podrían incorporar sensores adicionales y navegar en entornos cada vez más complejos, abriendo posibilidades en la administración selectiva de medicamentos, el monitoreo ambiental o incluso la fabricación de precisión.
“Hemos demostrado que se puede poner un cerebro, un sensor y un motor en algo casi demasiado pequeño para verlo, y hacer que sobreviva y funcione durante meses”, dijo Marc Miskin, ingeniero principal de la Universidad de Pensilvania. Este avance no sólo resuelve un problema de robótica de larga data, sino que también abre una nueva era de posibilidades para máquinas autónomas ultrapequeñas.
