El problema de tener un robot microscópico impulsado por una horda de bacterias que agitan la cola es que nunca se sabe dónde va a terminar. Los pequeños robots biológicos, que equivalen a un chip cubierto con una "alfombra" de bacterias flageladas, surgió de la investigación primordial de microrobotics hace unos años como un concepto para construir dispositivos microscópicos y administrar medicamentos a nivel celular. Pero como con cualquier robot, el desafío para hacerlos útiles es cerrar la brecha entre el movimiento y la automatización.El equipo de ingenieros de la Universidad de Drexel podría haber hecho exactamente eso, según una investigación publicada recientemente en Transacciones IEEE en robótica sobre el uso de campos eléctricos para dirigir los robots en un entorno fluido.
En un seguimiento de un informe de 2014 que presentó una forma de usar la bacteria flagelada Serratia marcescens y un campo eléctrico para hacer que un microrobot sea móvil, MinJun Kim, PhD, profesor en la Facultad de Ingeniería y director de Actuación Biológica de Drexel, Sensing & Transport BAST Lab, ahora ofrece un método para que sean ágiles.
"¿Qué es un barco sin capitán? Sabemos que los campos eléctricos se pueden usar para empujar a los microrobots en cualquier dirección, como un bote transportado por las corrientes oceánicas, pero en este documento estamos explorando cómo se pueden usar esos mismos campos paraayudar al robot a detectar obstáculos y navegar alrededor de ellos ", dijo Kim.
La clave para el movimiento y la navegación de los pequeños robots híbridos es la bacteria S. marcescens. Estos nadadores con forma de bastón, conocidos como culpables de infecciones del tracto urinario y respiratorias en los hospitales, poseen naturalmente una carga negativa, lo que significa que pueden sermanipulado a través de un campo eléctrico como si fueran píxeles en un grabado etch-a-sketch.
Cuando se aplica una mancha viscosa de la bacteria a un sustrato, en este caso un chip cuadrado de material fotosensible llamado SU-8, se obtiene un microrobot cargado negativamente que puede moverse en un fluido al montar las olas de un campo eléctrico. Los flagelos en forma de látigo de la bacteria ayudan a mantener el robot suspendido en el entorno fluido, al tiempo que proporcionan una pequeña propulsión hacia adelante. El impulso real proviene de dos campos eléctricos perpendiculares que convierten el fluido en una rejilla electrificada. Dado que las bacterias están cargadas negativamente, el equipo puede manipular los robots simplemente ajustando la fuerza de la corriente.
"Hemos demostrado que podemos dirigir manualmente los robots o darle un conjunto de coordenadas para llevarlo del punto A al punto B, pero nuestro objetivo en esta investigación es permitir que los microrobots naveguen por un curso con impedimentos aleatorios bloqueando su", dijo Kim." Esto requiere un nivel de automatización que no se había logrado previamente en la investigación de microrobotics híbridos ".
El grupo de Kim cumplió este objetivo al crear un algoritmo de control que permite a los pequeños robots usar de manera efectiva la forma del campo eléctrico que están montando como una forma de detectar y evitar obstáculos, como un surfista que lee las olas para dirigirselibre de peligros sumergidos.
Al ejecutar una serie de pruebas con partículas cargadas, el equipo llegó a comprender cómo cambió el campo eléctrico cuando encontró objetos aislantes. "El campo eléctrico se distorsionó cerca de las esquinas del obstáculo", escriben los autores ". Partículas que pasaronen la primera esquina de los obstáculos también habían afectado las trayectorias a pesar de que tenían un espacio libre por delante para pasar; esto se debe al campo eléctrico distorsionado ".
Utilizaron esta deformación en el campo como datos de entrada para su algoritmo de dirección. Entonces, cuando el robot detecta un cambio en el patrón del campo, el algoritmo ajusta automáticamente su trayectoria para esquivar el obstáculo. De esta manera, los robots están utilizandocampos eléctricos tanto como medio de transporte como medio de navegación.
Además de la información del campo eléctrico, el algoritmo también utiliza el seguimiento de imágenes de una cámara montada en un microscopio para ubicar el punto de partida inicial del robot y su destino final.
"Con este nivel de control y entrada del entorno, podemos programar el microrobot para que realice una serie de juicios de valor durante su viaje que afecten su camino", dijo Kim. "Si, por ejemplo, queremos que el robot evite tantos obstáculoscomo sea posible, independientemente de la distancia recorrida. O podríamos configurarlo para que tome la ruta más directa y más corta al destino, incluso si es a través de los obstáculos. Esta relativa autonomía es un paso importante para los microrobots si vamos a unodía, póngalos en un sistema complejo y pídales que realicen una tarea como administrar medicamentos o construir una microestructura ".
El siguiente paso para el laboratorio de Kim es desarrollar un sistema que conste de múltiples microrobots alimentados por bacterias que sea capaz de realizar la manipulación de múltiples células vivas in vitro. Tal sistema podría tener varias aplicaciones, incluida la manipulación de células madre.
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Materiales proporcionado por Universidad de Drexel . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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