La robótica acaba de dar un salto histórico hacia lo infinitamente pequeño. Un equipo conjunto de investigadores de la University of Pennsylvania (Penn) y la University of Michigan ha logrado crear los robots autónomos y programables más pequeños del mundo, unas diminutas máquinas nadadoras capaces de operar de manera independiente, tomar decisiones básicas y funcionar durante meses, todo ello con un coste aproximado de un céntimo por unidad.
Cada uno de estos microrrobots mide aproximadamente 200 por 300 por 50 micrómetros, lo que los hace más pequeños que un grano de sal y comparables en tamaño a muchos microorganismos biológicos. A pesar de sus dimensiones extremas, integran en un solo chip sensores, un ordenador completo y un sistema de propulsión, algo que hasta ahora se consideraba prácticamente imposible por debajo del milímetro de tamaño.
Un hito en la robótica autónoma a escala microscópica
Los resultados de este trabajo han sido descritos en las revistas científicas Science Robotics y Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Según los investigadores, se trata de los primeros robots verdaderamente autónomos y programables a esta escala, ya que no dependen de cables, campos magnéticos ni controles externos tipo joystick para funcionar.
“Hemos creado robots autónomos 10.000 veces más pequeños”, afirma Marc Miskin, profesor adjunto de Ingeniería Eléctrica y de Sistemas en Penn Engineering y autor principal de los estudios. “Esto abre una escala completamente nueva para la robótica programable”.
El logro es especialmente relevante porque, aunque la electrónica lleva décadas reduciendo su tamaño, la robótica se había quedado estancada. Construir máquinas que puedan operar de forma independiente por debajo de un milímetro ha sido uno de los grandes retos sin resolver durante más de 40 años.
Cuando las leyes de la física cambian
A estas escalas extremas, las reglas del juego son diferentes. Fuerzas que dominan nuestra vida cotidiana, como la gravedad o la inercia, pierden relevancia, mientras que otras como la viscosidad y la resistencia del fluido pasan a ser determinantes. “Si eres lo suficientemente pequeño, empujar el agua es como empujar alquitrán”, explica Miskin.
Por ese motivo, los mecanismos tradicionales de movimiento (piernas, brazos o articulaciones) no funcionan bien en el mundo microscópico. Son frágiles, difíciles de fabricar y poco eficientes. El equipo tuvo que diseñar un sistema de propulsión completamente nuevo, adaptado a las leyes físicas de esta escala.
Robots que nadan sin moverse
En lugar de flexionar su cuerpo, estos microrrobots generan un campo eléctrico que interactúa con los iones del líquido que los rodea. Ese movimiento iónico empuja las moléculas de agua cercanas, creando corrientes que desplazan al robot. “Es como si el robot estuviera en un río en movimiento, pero al mismo tiempo fuera él quien crea ese río”, describe Miskin.
Gracias a este sistema, los robots pueden ajustar su trayectoria, moverse en patrones complejos e incluso coordinarse en grupos, de forma similar a un banco de peces. Alcanzan velocidades de hasta una longitud corporal por segundo y, al no tener partes móviles, resultan sorprendentemente resistentes. Pueden ser manipulados repetidamente con micropipetas sin sufrir daños.
Además, funcionan gracias a la luz. Con la iluminación de un simple LED, los robots se cargan y pueden seguir operando durante meses enteros.
Un cerebro en una fracción de milímetro
Para que un robot sea realmente autónomo necesita algo más que movimiento: debe contar con un ordenador, sensores y una fuente de energía. Aquí entra en juego el equipo de la Universidad de Michigan, liderado por David Blaauw, cuyo laboratorio ostenta el récord del ordenador más pequeño del mundo.
El desafío era monumental. Los diminutos paneles solares del robot generan solo 75 nanovatios de potencia, más de 100.000 veces menos que un smartwatch. Para hacerlo viable, el equipo desarrolló circuitos especiales capaces de funcionar a voltajes extremadamente bajos, reduciendo el consumo energético del ordenador en más de 1.000 veces.
El espacio era otro problema crítico. Los investigadores tuvieron que rediseñar por completo las instrucciones del programa para condensar funciones complejas en órdenes muy simples, logrando que el software cupiera en la diminuta memoria disponible.
Sensar, recordar y reaccionar
El resultado es el primer robot submilimétrico con un ordenador real a bordo, capaz de procesar información, almacenarla y actuar en consecuencia. Estos microrrobots incluyen sensores electrónicos que pueden medir la temperatura con una precisión de hasta un tercio de grado Celsius, lo que les permite detectar zonas de mayor actividad celular.
Para comunicar esa información, los robots realizan una especie de “baile”: un patrón de movimiento cuyos “temblores” codifican los datos medidos. Los investigadores observan este baile con un microscopio y descifran el mensaje, en un sistema que Blaauw compara con la danza de las abejas para comunicarse.
Además, cada robot tiene una dirección única, lo que permite programarlos individualmente mediante pulsos de luz. Esto abre la puerta a que distintos robots desempeñen roles diferentes dentro de una tarea conjunta.
Aplicaciones futuras y un nuevo comienzo
Las posibles aplicaciones son amplias. En medicina, estos robots podrían monitorizar la salud de células individuales. En fabricación, ayudar a construir dispositivos a escala microscópica. Y esto es solo el principio.
“Esto es solo el primer capítulo”, concluye Miskin. “Hemos demostrado que se puede poner un cerebro, un sensor y un motor en algo casi invisible y hacer que funcione durante meses. A partir de aquí, se abre un futuro completamente nuevo para la robótica microscópica”.
