Tendencias21

Bio-robots impulsados por células musculares y controlados por electricidad

Científicos estadounidenses han creado unos bio-robots andantes y minúsculos, impulsados por células musculares y controlados por pulsos eléctricos, que permiten manejar su movimiento de forma muy precisa. Se trata de estructuras que imitan el esquema músculo-tendón-hueso de los seres vivos, y que se contraen más rápido cuando se aumenta la frecuencia de los pulsos.

Bio-robots impulsados por células musculares y controlados por electricidad

Ingenieros de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (EE.UU.) han hecho una demostración de una especie de "bio-bots" andantes, impulsados ​​por células musculares y controlados con pulsos eléctricos, que ofrecen a los investigadores un control sin precedentes sobre su funcionamiento. El grupo ha publicado su trabajo en línea en Proceedings of the National Academy of Science (PNAS).

"La activación biológica impulsada por células es un requisito fundamental para cualquier tipo de máquina biológica que queramos construir", explica el líder del estudio, Rashid Bashir, profesor y jefe de bioingeniería de la Universidad de Illinois, en la nota de prensa de la misma.

"Estamos tratando de integrar estos principios de la ingeniería con la biología de manera que se puedan utilizar para diseñar y desarrollar máquinas biológicas y sistemas para aplicaciones ambientales y médicas. La biología es tremendamente poderosa, y si de alguna manera podemos aprender a aprovechar sus ventajas para aplicaciones útiles, se podrían llevar a cabo un montón de grandes cosas".

El grupo de Bashir ha sido pionero en el diseño y construcción de bio-robots, de menos de un centímetro de tamaño, hechos de hidrogeles impresos en 3-D y células vivas. Anteriormente, el grupo mostró que los bio-robots pueden "caminar" por su cuenta, impulsados por el ritmo de células de corazones de ratas.

Sin embargo, las células del corazón se contraen constantemente, impidiendo que los investigadores controlen el movimiento del robot. Esto hace que las células del corazón sean difíciles de utilizar para diseñar un bio-robot que se pueda encender y apagar, acelerarse o ralentizarse.

Los nuevos bio-robots están alimentados por una serie de células del músculo esquelético que se pueden activar mediante un impulso eléctrico. Esto ofrece a los investigadores una forma sencilla de controlar los bio-robots y abre nuevas posibilidades para que los ingenieros puedan personalizarlos para aplicaciones específicas.

"Las células de los músculos esqueléticos son muy atractivas porque se les puede marcar el ritmo usando señales externas", explica Bashir. "Por ejemplo, se podría utilizar el músculo esquelético en el diseño de un dispositivo que se pretende que se ponga en funcionamiento cuando detecte una sustancia química o cuando reciba una determinada señal. Para nosotros, es parte de una caja de herramientas de diseño. Queremos tener opciones diferentes que pudieran ser utilizados por los ingenieros para diseñar estas cosas".

El diseño

El diseño está inspirado en el complejo músculo-tendón-hueso de la naturaleza. Hay una columna vertebral de hidrogel impreso en 3D, lo suficientemente fuerte como para dar estructura al bio-bot, pero lo suficientemente flexible para doblarse como una articulación. También contiene estructuras que imitan a los tendones, que unen el músculo al hueso, y que además actúan como pies.

La velocidad de un robot puede controlarse mediante el ajuste de la frecuencia de los pulsos eléctricos. Una frecuencia más alta hace que el músculo se contraiga más rápidamente, lo que permite acelerar el avance del bio-robot.

"Es natural que utilizáramos un principio de diseño biomimético, en concreto la organización del sistema musculoesquelético, como punto de partida", explica la estudiante de posgrado Caroline Cvetkovic, co-autora principal del trabajo.

"Este trabajo representa un primer paso importante en el desarrollo y control de máquinas biológicas que puedan ser estimuladas, entrenadas, o programadas para hacer un trabajo. Es emocionante pensar que este sistema podría llegar a convertirse en una generación de máquinas biológicas que podrían ayudar en la administración de fármacos, la robótica quirúrgica, los implantes "inteligentes", o como analizadores ambientales móviles, entre un sinnúmero de otras aplicaciones".

Mayor control

Ahora, los investigadores trabajarán para obtener un mayor control sobre el movimiento de los bio-bots, por ejemplo integrando neuronas de modo que los bio-robots puedan ser dirigidos en diferentes direcciones mediante luz o gradientes químicos.

Por el lado de la ingeniería, se espera diseñar una columna vertebral de hidrogel que permita al bio-robot moverse en diferentes direcciones según diferentes señales.

Gracias a la impresión en 3-D, los ingenieros pueden explorar diferentes formas y diseños rápidamente. Bashir y sus colegas planean incluso integrar una unidad en el programa de laboratorio de los grados para que los estudiantes puedan diseñar diferentes tipos de bio-robots.

"El objetivo de "construir con biología" no es nuevo: Los investigadores de ingeniería de tejidos han trabajado durante muchos años en ello", recuerda la estudiante de posgrado Ritu Raman, co-autora principal del artículo. "Pero, ¿por qué detenerse ahí? Podemos ir más allá mediante el uso de las capacidades dinámicas de las células para auto-organizarse y responder a las señales ambientales, para crear nuevas máquinas y sistemas biológicos no naturales".

"La idea de hacer avanzar la ingeniería con estas estructuras basadas en células es muy emocionante", reconoce Bashir. "Nuestra meta es que estos dispositivos puedan ser utilizados como sensores autónomos. Queremos que detecten un producto químico específico y avancen hacia él; y luego suelten agentes neutralizantes de la toxina, por ejemplo.".

Referencia bibliográfica:

C. Cvetkovic, R. Raman, V. Chan, B. J. Williams, M. Tolish, P. Bajaj, M. S. Sakar, H. H. Asada, M. T. A. Saif, R. Bashir. Three-dimensionally printed biological machines powered by skeletal muscle. Proceedings of the National Academy of Sciences (2014). DOI: 10.1073/pnas.1401577111.

RedacciónT21

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • Descubren rastros de una enigmática civilización antigua en Colombia 3 junio, 2025
    Un equipo internacional de investigadores analizó el ADN de 21 conjuntos de restos humanos recolectados de cinco sitios en la meseta del Altiplano, en el centro de Colombia: los registros muestran la existencia de una población antigua, con una genética no relacionada con cualquier descendencia moderna. Se trataría de una civilización que puede haber sido […]
    Pablo Javier Piacente / T21.
  • Crean una tela inteligente que mide constantes vitales mediante el sonido 3 junio, 2025
    Investigadores suizos han desarrollado productos textiles inteligentes que utilizan ondas acústicas en lugar de electrónica para medir el tacto, la presión y el movimiento con precisión. El secreto es el uso de microfibras de vidrio que emiten y recepcionan las señales sonoras.
    Pablo Javier Piacente / T21
  • Oleada cósmica: cinco asteroides rozan la Tierra en solo cuatro días 3 junio, 2025
    Cinco rocas espaciales pasarán a millones de kilómetros de nuestro planeta en apenas cuatro días, con el 4 de junio como jornada clave. No representan peligro, pero ofrecen una oportunidad única para la ciencia.
    Redacción T21
  • Estados Unidos crea una "máquina del tiempo científica", capaz de condensar en días décadas de investigación 3 junio, 2025
    El próximo superordenador Doudna, que Estados Unidos tendrá operativo en 2026, está diseñado para ser el catalizador de una nueva era de descubrimientos, transformando la forma en que abordamos desde los misterios del cosmos hasta las complejidades de la vida misma.
    EDUARDO MARTÍNEZ DE LA FE/T21
  • Se revela una estructura oculta al borde del Sol 3 junio, 2025
    La atmósfera exterior del Sol, conocida como corona solar, ha revelado recientemente detalles asombrosos gracias a avances en óptica adaptativa y técnicas de observación de alto contraste. Un equipo internacional de científicos ha logrado capturar las imágenes más nítidas hasta la fecha de la corona solar, mostrando fenómenos como las “gotas de lluvia” solares y […]
    Redacción T21
  • Dormir mal puede estar relacionado con problemas en la audición 2 junio, 2025
    Una investigación realizada en China y otros estudios recientes sugieren que las patologías del sueño, como el insomnio, el trastorno del movimiento periódico de las extremidades y la apnea del sueño podrían estar relacionados con la pérdida auditiva.
    Pablo Javier Piacente / T21
  • Un tatuaje electrónico puede leer los niveles de estrés 2 junio, 2025
    Un nuevo tatuaje electrónico portátil y ultradelgado que se coloca en la frente de forma no invasiva monitorea de manera inalámbrica la actividad cerebral, rastrea la carga cognitiva en tiempo real y potencialmente predice la fatiga mental y el estrés antes que se haga evidente.
    Pablo Javier Piacente / T21
  • ¿El próximo Einstein será un algoritmo? Nace la primera científica artificial que genera conocimiento 2 junio, 2025
    Una inteligencia artificial ha concebido, ejecutado y escrito una investigación original que ha sido aceptada en ACL 2025, uno de los foros científicos más prestigiosos del mundo. Zochi es la primera científica artificial reconocida por la élite.
    EDUARDO MARTÍNEZ DE LA FE/T21
  • Crean un "hormigón viviente" que se repara a sí mismo 2 junio, 2025
    Un equipo de investigadores ha desarrollado un tipo de concreto que puede curarse a sí mismo aprovechando el poder del liquen sintético. Mejora notablemente intentos anteriores de producir hormigón "vivo" hecho con bacterias, ya que el nuevo material logra ser completamente autosuficiente.
    Redacción T21
  • El eco cuántico del cerebro: ¿estamos entrelazados con nuestros pensamientos? 2 junio, 2025
    El entrelazamiento cuántico, la "acción fantasmal a distancia" que tanto intrigó a Einstein, podría no ser solo una rareza del microcosmos, sino que tendría un eco medible en los procesos cognitivos inconscientes mediante un aparente fenómeno “supercuántico”.
    EDUARDO MARTÍNEZ DE LA FE/T21