Científicos crearon los robots más pequeños del mundo: son más chicos que un grano de sal

Investigadores de las universidades de Pensilvania y Michigan en Estados Unido crearon los robots autónomos y programables más pequeños del mundo. Estas máquinas microscópicas poseen la capacidad de percibir su entorno y reaccionar ante él de manera independiente.

Cada unidad mide aproximadamente 200 por 300 por 50 micrómetros, una dimensión inferior a la de un grano de sal. Su escala coincide con la de diversos microorganismos biológicos, lo cual facilita el monitoreo de la salud celular y la fabricación de dispositivos a microescala. El avance tecnológico fue publicado en Science Robotics y Proceedings of the National Academy of Sciences.

En un comunicado de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Pensilvania, Marc Miskin, profesor y autor principal de la investigación, destacó que estas máquinas son 10.000 veces menores que los robots autónomos previos.

“Construir robots que operen de forma independiente a tamaños inferiores a un milímetro es increíblemente difícil. El campo ha estado esencialmente atascado en este problema durante 40 años”, dijo Miskin.

El diseño enfrentó retos físicos particulares del mundo microscópico, donde la gravedad pierde relevancia frente a la viscosidad y la resistencia del fluido. En este nivel, el agua presenta una consistencia similar al alquitrán, lo que inutiliza los sistemas de propulsión convencionales como extremidades o aletas.

El equipo desarrolló un sistema de propulsión inédito que genera un campo eléctrico para movilizar iones en la solución circundante. Estos iones empujan las moléculas de agua y crean una corriente que desplaza al robot sin necesidad de partes móviles.

“Es como si el robot estuviera en un río en movimiento, pero el robot también está haciendo que el río se mueva”, explicó Miskin.

Gracias a este mecanismo, las máquinas alcanzan velocidades de hasta una longitud corporal por segundo. Además, muestran una durabilidad excepcional y pueden operar durante meses bajo el brillo de una luz LED, con un costo de producción de apenas un centavo por unidad.

La autonomía del dispositivo depende de una computadora integrada, obra del laboratorio de David Blaauw en la Universidad de Michigan. El proyecto nació tras un encuentro entre Miskin y Blaauw en una presentación de Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) hace cinco años.

“Vimos que el sistema de propulsión de Penn Engineering y nuestros pequeños ordenadores electrónicos estaban hechos el uno para el otro”, dijo Blaauw.

El sistema electrónico opera con apenas 75 nanovatios de potencia, un consumo 100.000 veces menor al de un reloj inteligente. Para lograrlo, los ingenieros de Michigan diseñaron circuitos especiales de voltaje ultrabajo y condensaron las instrucciones de programación para que ocupen un espacio mínimo.

Los robots cuentan con sensores térmicos capaces de detectar variaciones de un tercio de grado Celsius. Esta precisión permite el seguimiento de la actividad celular individual a través de la temperatura, un indicador clave de su estado biológico.

La comunicación de datos ocurre mediante un método que recuerda al baile de las abejas. El robot ejecuta movimientos específicos que codifican la información térmica, la cual los investigadores decodifican mediante un microscopio y una cámara.

“Tuvimos que replantear totalmente las instrucciones del programa informático, condensando lo que convencionalmente requeriría muchas instrucciones para el control de la propulsión en una sola instrucción especial para reducir la longitud del programa y encajar en el diminuto espacio de memoria del robot”, explicó Blaauw.

Este desarrollo representa solo el inicio de una nueva era en la robótica de microescala. La plataforma permite la integración futura de nuevos sensores y programas más complejos para tareas conjuntas en entornos diversos.

“Hemos demostrado que puedes poner un cerebro, un sensor y un motor en algo casi demasiado pequeño para ver, y que sobreviva y funcione durante meses. Una vez que tienes esa base, puedes añadir todo tipo de inteligencia y funcionalidad”, indicó Miskin.

Los autores señalaron que si se escala la producción, el costo de estas máquinas podría ser de apenas un centavo de dólar por unidad. Este bajo costo, sumado a su facilidad de uso mediante fuentes de luz comunes, facilitará su adopción en campos que van desde la microcirugía hasta la fabricación a nanoescala.