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Rayas robóticas hechas con corazón de rata, algas y aletas de plástico
Los científicos han construido una raya robótica hecha de células del músculo cardíaco de una rata, un esqueleto de oro, aletas de plástico y proteínas de algas activadas por la luz, porque, ¿por qué no?
Sung-Jin Park dirigió el proyecto, que se describe hoy en la revista. Ciencias . Él dice que los diminutos robots de 16 milímetros de largo tardan alrededor de una semana en fabricarse, principalmente debido al tiempo que lleva hacer crecer las células del músculo cardíaco en el moho de la raya. Park es científico en el laboratorio de Kevin Kit Parker en la Universidad de Harvard, que hace cuatro años hizo un robot medusa biohíbrido . La medusa era imposible de controlar, dice Park, un desafío que superó con la raya comparativamente ágil.
La raya robótica se impulsa hacia adelante cuando se estimula con ráfagas de luz LED.
Sung-Jin Park y sus colegas modelaron su robot biohíbrido a partir del movimiento ondulante del pequeño patín que se ve aquí.
Los rayos son un modelo ideal para la próxima generación de vehículos submarinos autónomos, dice Keith Moored, ingeniero mecánico de la Universidad de Lehigh en Bethlehem, Pensilvania. Las mantarrayas son nadadoras muy eficientes, dice Moored, y modelar su deslizamiento bajo el agua podría proporcionar un medio prometedor para conservar energía. El robot de Park se basa en una especie de rayas diferente, pero se aplican los mismos principios.
Las mantarrayas robóticas están hechas en cuatro capas sobre un molde de titanio. Una capa de polímero elástico se corta con láser en forma de raya, seguida de un esqueleto de oro delgado. Esto se cubre con una segunda capa elástica antes de que se siembren las células del músculo cardíaco.
Cuando las células del músculo cardíaco se activan, la señal para contraerse se propaga por las células en una línea. Park alineó las células que obtuvo de un corazón de rata en un patrón serpenteante en zig-zag a lo largo de las aletas de la raya. Esto permite que las aletas se muevan en ondulaciones ondulatorias a medida que la contracción se extiende de adelante hacia atrás.
Por supuesto, la mantarraya robótica no es una réplica perfecta de la verdadera. Los músculos del robot solo pueden contraerse hacia abajo. Las mantarrayas reales tienen una segunda capa de músculo para grandes movimientos ascendentes, mientras que el robot usa la energía elástica del esqueleto dorado para mover sus aletas a su lugar. Es por eso que creemos que existe una brecha de rendimiento, y agregar una segunda capa podría cerrar esa brecha, dice Park.
Los músculos se controlan a través de la luz a través de una técnica conocida como optogenética. Aquí, el gen de una proteína derivada de algas se inserta en las células musculares. La luz azul hace que esta proteína active el tejido muscular.
Este tipo de biobot se ha hecho antes, pero la raya de Park muestra una mayor maniobrabilidad. Park guió al robot con luces LED a través de una simple carrera de obstáculos, demostrando que la raya supera a otros robots biohíbridos en velocidad, distancia y durabilidad. Aún así, las rayas no son exactamente nadadoras olímpicas, ya que viajan solo 1,5 milímetros por segundo en una carrera de obstáculos de 250 milímetros.
En cuanto a por qué alguien querría una pequeña raya robótica, Park dice que simplemente está interesado en el modelo biológico, haciendo estos circuitos y diseñando una vía de señalización. El desarrollo de modelos sobre cómo se contrae el tejido cardíaco diseñado también puede ayudar a desarrollar futuros órganos artificiales.
Moored dice que el uso de músculos biológicos reales puede conducir a una firma de ruido excepcionalmente silenciosa en comparación con otras tecnologías. Esto es importante para una variedad de aplicaciones, desde la producción de vehículos de reconocimiento sigilosos hasta el desarrollo de dispositivos que pueden rastrear especies de manera no invasiva y observar sus comportamientos, dice.