El campo de investigación de los robots biohíbridos combina tejidos biológicos y materiales artificiales. Como utilizan tejidos vivos como músculos, piel y nervios, llaman la atención por su flexibilidad y su capacidad de autorreparación, características de las que carecen los robots mecánicos convencionales.
Sin embargo, los robots biohíbridos convencionales se limitan a crear estructuras sencillas de aproximadamente 1 cm de longitud y solamente pueden accionar una única articulación o bisagra. En este contexto, un equipo de investigación conjunto de la Universidad de Tokio y la Universidad de Waseda ha desarrollado una mano biohíbrida de 18 cm de longitud que puede mover individualmente sus dedos articulados. Es el robot biohíbrido más grande del mundo desarrollado hasta la fecha.
Los tendones se construyen uno a uno enrollando y agrupando tejido muscular fino cultivado en líquido como si fueran rollos de sushi. «Esto nos ha permitido superar el mayor reto de mejorar la fuerza de contracción muscular y la distancia de contracción», explica Masaharu Takeuchi, profesor de la Escuela de Postgrado de Ciencia y Tecnología de la Información de la Universidad de Tokio.
Takeuchi y su equipo de investigación, del que forma parte Yuya Morimoto, profesor asociado de la Escuela de Ciencias Fundamentales e Ingeniería de la Facultad de Ciencias e Ingeniería de la Universidad de Waseda, desarrollaron un dispositivo de accionamiento denominado actuador de tejido muscular múltiple (MuMuTA), que agrupa varios tejidos musculares finos para realizar una compleja estructura multiarticular. La mejora de la fuerza contráctil y la distancia de contracción permitió realizar movimientos complejos con los dedos, como gestos con las manos y manipulación de objetos, que no eran posibles con los robots biohíbridos convencionales.
Al igual que una mano real, la máquina también «se cansa»
El desarrollo de robots biohíbridos utiliza un dispositivo de accionamiento denominado «actuador de tejido muscular», que funciona por contracción del tejido muscular mediante estimulación eléctrica y química. Para mover estructuras grandes y complejas, se necesitan actuadores musculares con mayor potencia y distancias de contracción más largas. Sin embargo, esto crea el problema de que si los músculos se hacen más gruesos, no se nutre suficientemente todo el tejido, lo que provoca necrosis celular en el centro.
Por ello, el equipo de investigación desarrolló MuMuTA, que agrupa múltiples tejidos musculares humanos cultivados para que funcionen como un gran músculo, y lo utilizó como sistema de accionamiento de la mano biohíbrida. Esto no solamente mantiene el suministro nutricional a cada tejido y evita la necrosis, sino que también mejora la orientación de las fibras musculares al adelgazar el tejido.
MuMuTA se contrae aplicando electricidad a un cable impermeable conectado. Tiene una fuerza de contracción de unos 8 mN (mili-Newton) y un índice de contracción de alrededor del 13%, lo que lo hace más potente que los actuadores musculares convencionales.
La nueva mano biohíbrida mueve los dedos articulados convirtiendo el movimiento de contracción lineal del MuMuTA en un movimiento de rotación de las articulaciones mediante un mecanismo de accionamiento por cable. Según los investigadores, en los experimentos pudieron reproducir gestos complejos de la mano, como piedra, papel o tijera, moviendo varios dedos por separado, así como agarrar y mover con éxito objetos pequeños, como puntas de pipeta.
Tras 10 minutos de uso continuado, la mano biohíbrida pierde la contractilidad debido a la fatiga del tejido muscular, igual que los músculos humanos. Se recuperó totalmente cuando se le dio una hora de descanso. Es un resultado muy interesante que hayamos podido observar las mismas características de recuperación en el tejido muscular artificial que en el tejido vivo», explica Takeuchi.
Por otro lado, aún quedan algunos retos. El experimento se realizó con la mano biohíbrida flotando en un líquido para reducir la fricción en el anclaje, que mantiene el tejido muscular en su sitio. El desarrollo de una estructura que no dependa del medio líquido es un tema de investigación futuro.
En la actualidad, no existe ningún mecanismo que devuelva de forma autónoma los dedos doblados a su estado original. En este caso, los dedos solo vuelven a su estado enderezado flotando de forma natural en el líquido. Para permitir un control más avanzado, es necesario añadir material elástico a las articulaciones de los dedos o MuMuTA al dorso de la mano en sentido contrario.
Según Takeuchi, el objetivo último de la investigación en robótica biohíbrida es imitar fielmente el comportamiento de los organismos vivos. Para lograrlo, es esencial aumentar el tamaño, y Takeuchi subraya que el desarrollo de MuMuTA será un paso importante para hacerlo posible. Si la tecnología de robots biohíbridos se establece en el futuro, los investigadores confían en que no solo se aplique al desarrollo de prótesis avanzadas de manos, sino que también pueda utilizarse como herramienta para dilucidar la función de tejidos vivos y verificar los efectos de procedimientos quirúrgicos y fármacos.
Fuente: Agencia ID.
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