Investigadores de la Universidad de Pensilvania y la Universidad de Michigan lograron diseñar robots autónomos y programables que se encuentran entre los más pequeños del mundo, con dimensiones aproximadas de doscientos por trescientos por cincuenta micrómetros, menores que un grano de sal y comparables en tamaño a microorganismos biológicos. Estos dispositivos microscópicos pueden operar durante meses de forma independiente, realizando tareas complejas sin necesidad de cables, campos magnéticos ni control remoto.
Los robots integran sensores electrónicos y una unidad de procesamiento que les permite detectar la temperatura ambiente, ajustar sus trayectorias y tomar decisiones autónomas. Esta capacidad representa un avance significativo, ya que hasta ahora la autonomía se había logrado únicamente en robots de mayor tamaño. Su potencial aplicación en medicina incluye el monitoreo de la salud celular y la asistencia en la fabricación de dispositivos a microescala en procesos industriales.
El desarrollo estuvo liderado por Marc Miskin, profesor adjunto en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Sistemas de Penn Engineering, quien destacó que lograron que estos robots sean “diez mil veces más pequeños” que los anteriores con autonomía propia. Durante más de cuarenta años, la locomoción y el control en escalas inferiores a un milímetro habían sido un desafío sin resolver. El equipo identificó que las fuerzas físicas a microescala, dominadas por la resistencia y viscosidad del entorno acuoso, requieren un enfoque distinto al de los robots macroscópicos.
En lugar de emplear extremidades mecánicas, que resultan frágiles e ineficaces a esta escala, los robots generan un campo eléctrico local que moviliza iones en la solución circundante, creando un flujo de agua en el que “nadan”. Según Miskin, “el robot está en un río en movimiento, pero también es el que hace que el río se mueva”. Este método permite desplazamientos complejos y sincronizados, similares a bancos de peces, alcanzando velocidades de hasta la longitud de su cuerpo por segundo. Además, su diseño sin partes móviles les confiere una durabilidad notable, pudiendo ser manipulados con micropipetas sin sufrir daños.
La fuente de energía proviene de paneles solares miniaturizados que generan solo setenta y cinco nanovatios, una potencia más de cien mil veces menor que la de un reloj inteligente. Para operar con tan poca energía, el equipo de Michigan desarrolló circuitos extremadamente eficientes y redujo el consumo de los microprocesadores más de mil veces en comparación con tecnologías convencionales. La integración de sensores electrónicos permite medir la temperatura local con una precisión de un tercio de grado Celsius, lo que habilita a los robots para navegar hacia zonas más cálidas o informar sobre condiciones críticas de la actividad celular.
Para comunicar sus mediciones, los robots realizan movimientos específicos que pueden ser observados mediante microscopios con cámara, y luego decodificados por los investigadores, un método que Blaauw, director del laboratorio en Michigan, comparó con la forma en que se comunican las abejas. Cada robot posee una identidad única que permite cargar diferentes programas mediante pulsos de luz, lo que facilita la asignación de funciones variadas a miles de unidades trabajando en conjunto. Esta versatilidad convierte a los robots en herramientas reconfigurables con potencial para futuras versiones más complejas y multifuncionales.
El diseño modular y la posibilidad de fabricación a gran escala y bajo costo abren la puerta a la integración de nuevos sensores, almacenamiento avanzado y operación en entornos complejos. Miskin concluye que “este es solo el primer capítulo” en la robótica a microescala, ya que han demostrado que es posible incorporar un cerebro, un sensor y un motor en un dispositivo casi invisible, capaz de funcionar durante meses y con capacidad para incorporar inteligencia y funcionalidades adicionales en el futuro.
