Un brazo robótico blando con algas viviendo en su superficie se mueve cuando esos microbios hacen fotosíntesis. Lo desarrolló un equipo de la Universidad Tecnológica de Delft (TU Delft), en Países Bajos, y lo contó Wired en una nota publicada originalmente en WIRED Japan.
Los robots blandos y flexibles pueden servir para muchas cosas, entre ellas músculos artificiales y dispositivos que se llevan puestos, o cualquier aplicación donde un robot tenga que ser especialmente delicado.
Eso es lo que impulsa el desarrollo de los "actuadores blandos", que se flexionan como un bíceps y tienen un sentido del tacto afinado como el de la mano humana. Igual que el robot típico, un actuador blando convierte energía (electricidad, calor o luz) en movimiento mecánico, pero no se parece en nada a las construcciones de metal y cables que suele evocar la palabra "robot".
Una variante de estos robots blandos, los bioactuadores, usa las funciones de células vivas para generar movimiento. Estas máquinas biológicas han llamado especialmente la atención en los últimos años, y el brazo de TU Delft es uno de ellos, colonizado por algas.
"No partimos con una aplicación específica. Nuestro objetivo siempre ha sido llevar la investigación de los materiales vivos a nuevos niveles", explicó Marie-Eve Aubin-Tam, quien dirigió la investigación, en un comunicado de prensa. "Queríamos explorar qué se vuelve posible cuando se integran células vivas en materiales funcionales".
¿Cómo se mueve un brazo con algas?
Los brazos miden cerca de 2 centímetros de largo (tres cuartos de pulgada) y tienen más o menos el grosor de una tarjeta de crédito. Están hechos de dos capas de hidrogel sobre las que viven las células de las algas.
Una de esas capas responde a los cambios de pH, y esos cambios los produce el metabolismo de las algas. Cuando la luz llega a las algas, empiezan a hacer fotosíntesis. Al absorber dióxido de carbono y fijar nitrógeno en ese proceso, vuelven más básico el pH a su alrededor y el hidrogel sensible se hincha. Cuando oscurece pasa lo contrario. Las algas liberan dióxido de carbono al respirar, el pH vuelve hacia el lado ácido y el hidrogel se encoge.
La diferencia de volumen entre las dos capas de hidrogel es lo que controla la flexión. Según los investigadores, la capa sensible al pH cambió de forma marcada con la actividad de las algas. En condiciones ácidas, entre pH 3 y 7, la capa pesaba cerca del 37% de su peso original, y a pH 11 llegaba a cuatro veces su peso original.
| Condición | Peso de la capa sensible al pH |
|---|---|
| Ácida, pH 3 a 7 | Cerca del 37% del original |
| Básica, pH 11 | Cuatro veces el original |
Otros investigadores ya habían construido robots blandos que responden al pH, pero normalmente hay que alterar la química de todo el líquido que los rodea. Con los robots de algas no pasa eso. El efecto de la fotosíntesis es mucho más local, así que encaja mejor en aplicaciones donde se necesita un impacto mínimo sobre el entorno.
¿Qué tan rápido se mueven?
No son robots veloces. El cambio químico empieza rápido, unos 20 segundos después de encender la luz y unos 10 segundos después de que oscurece, pero el hidrogel tarda varias horas en doblarse de forma apreciable.
Pinzas que agarran y sueltan
Después de la primera prueba de concepto, el equipo construyó varios dispositivos más con algas. Uno fue una pinza de cuatro dedos que se cierra con la luz. Logró agarrar y levantar una esfera metálica hueca, y la soltó al apagar la luz. Otra pinza con forma de gancho tomó y dejó un anillo de goma. Los objetos eran muy livianos, mucho menos que un clip pequeño, pero los brazos los tomaron con gran destreza.
Estos robots blandos no necesitan otra fuente de energía externa que la luz, ni piezas mecánicas complejas.
"Las microalgas son organismos parecidos a las plantas que se sostienen en buena medida solas", dijo Aubin-Tam. Eso "le da al actuador la posibilidad de operar por largo tiempo con un aporte externo mínimo. En teoría, no haría falta mucha energía para hacer funcionar un sistema basado en esta tecnología".
¿Dónde podrían usarse?
A largo plazo, el equipo espera que el trabajo aporte al desarrollo de robots blandos más autónomos y sensibles al entorno, que podrían usarse en equipos agrícolas automatizados, para controlar fluidos en dispositivos de laboratorio en un chip o como parte de cualquier sistema de robótica submarina.
Como las algas no necesitan ser modificadas genéticamente, no aparecen los problemas de bioseguridad que suelen acompañar a las tecnologías basadas en microbios. Además, estos organismos absorben dióxido de carbono de la atmósfera mientras obtienen energía de la luz del sol.
