‘Biohíbridos’, el nuevo tipo de robots que combinan estructuras y mecanismos sintéticos con otros biológicos

SUIZA- Numerosos investigadores utilizan la biomimética, es decir se inspiran en las formas, procesos, soluciones y estrategias que las plantas, seres vivos y la naturaleza han desarrollado a lo largo de millones de años de evolución, para crear diseños tecnológicos, pero utilizan plástico, metal y materiales sintéticos o compuestos para fabricar las estructuras y componentes diseñadas.

Ahora un equipo de investigadores suizos ha dado un paso más innovador en la integración de los recursos de la biología y los avances de la tecnología, al desarrollar una mano robótica que utiliza caparazones de crustáceos marinos como dedos, capaces de agarrar y levantar objetos de distintas formas.

Los investigadores utilizaron como apéndices prensiles o dedos robóticos, los exoesqueletos de una variedad de crustáceo comestible denominada ‘Nephrops norvegicus’, muy apreciada en el ámbito culinario y conocida popularmente como ‘cigala’, ‘langosta noruega’ o ‘langostino de Dublin’, entre otros nombres.

DEL FONDO MARINO A UN LABORATORIO DE ROBÓTICA

La ‘Nephrops norvegicus’ forma parte de la familia zoológica de los crustáceos, un grupo de animales invertebrados con patas articuladas, que se caracterizan por tener un exoesqueleto quitinoso y segmentado, antenas y su cuerpo dividido en cabeza, tórax y abdomen, y que viven en aguas dulces o saladas, como los cangrejos, los camarones y las nécoras.

Aunque hoy en día muchos expertos en robótica inspiran sus diseños en distintos elementos de la naturaleza, los robots diseñados suelen fabricarse con materiales no biológicos, según explican desde la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), universidad suiza con sede en Lausana.

Ahora, un nuevo dispositivo, denominado manipulador robótico experimental y desarrollado por el Laboratorio de Diseño y Fabricación de Robots Computacionales (CREATE Lab) de la EPFL cambia esta tendencia, ya que su característica principal es un par de exoesqueletos abdominales de crustáceos, una “máquina viva fabricada con materia muerta”, según apuntan.

ELEMENTOS BIOLÓGICOS Y COMPONENTES SINTÉTICOS

Josie Hughes, directora del laboratorio CREATE explica que “aunque pueda parecer inusual, la combinación de elementos biológicos con componentes sintéticos tiene un potencial significativo no sólo para mejorar la robótica, sino también para respaldar otros sistemas tecnológicos sustentables”.

Los exoesqueletos, estructuras externas que recubren y soportan el cuerpo de los crustáceos, combinan caparazones mineralizados con membranas articulares, lo que les proporciona un equilibrio de rigidez y flexibilidad que permite que sus segmentos se muevan de forma independiente, según explica Hughes.

Estas características, que permiten a los crustáceos moverse en el agua, con mucha rapidez y con gran torque (capacidad de torsión), pueden ser útiles para la robótica, dentro de un proceso de diseño cíclico y sostenible, en el que los residuos alimentarios de estos seres acuáticos podrán reutilizarse como piezas de máquinas y adaptarse a nuevas tareas, destaca la investigadora.

MATERIAL ORGÁNICO CON MUCHAS POSIBILIDADES TECNOLÓGICAS

“La principal ventaja de este nuevo proceso tecnológico reside en el propio material utilizado”, explica a EFE, Sareum Kim, investigadora postdoctoral del laboratorio CREATE, que participó en el proyecto.

Explica que “este material podría tener aplicaciones robóticas en la agricultura y en la monitorización de ecosistemas biológicos, por ejemplo, utilizando componentes de un crustáceo nadador para monitorizar la biodiversidad submarina”.

“Al utilizar materiales de origen natural como cuerpo del robot de monitarización, se minimizarían el impacto ambiental y la contaminación, se produciría una interacción segura con los seres vivos y los robots podrían biodegradarse en el propio entorno submarino y sin causar perjuicios, en el caso de que quedaran fuera de servicio o resultaran dañados”, puntualiza.

“Además, y dado que estos materiales de crustáceos son de grado alimentario, también podrían utilizarse en aplicaciones industriales relacionadas con la manipulación o la cocción de alimentos”, añade.

“Más allá de la Nephrops norvegicus, estamos investigando la posible aplicación en futuros robots biohíbridos de muchos otros materiales prometedores, derivados de plantas u otros organismos, y que tienen excelentes propiedades mecánicas”, revela la investigadora Sareum Kim.

EXOESQUELETOS CON BASES MOTORIZADAS

Los investigadores han combinado exoesqueletos de crustáceos, procedentes de la industria alimentaria, estructuralmente robustos y flexibles, con componentes sintéticos, durables y controlables con precisión, en tres aplicaciones robóticas: un dispositivo para manipular objetos, unas pinzas (par de agarre) que pueden doblarse y sujetar distintos objetos y un robot capaz de nadar.

Hughes y su equipo incorporaron un elastómero (polímero artificial con gran elasticidad) dentro del exoesqueleto biológico para controlar cada uno de sus segmentos y luego lo montaron sobre una base motorizada para modular su respuesta de rigidez, extensión y flexión, y por último cubrieron el exoesquelto con un revestimiento de silicona para reforzarlo y prolongar su vida útil.

El dispositivo manipulador puede mover un objeto de hasta 500 gramos de un sitio a otro mientras que las pinzas, dos exoesqueletos, pueden sujetar objetos de diversos tamaños y formas, como un rotulador o un tomate. El sistema también sirve para propulsar un robot nadador con dos aletas exoesqueléticas móviles a velocidades de hasta 11 centímetros por segundo.

UN SISTEMA CON MÚLTIPLES EJECUCIONES POTENCIALES

Tras su uso, el exoesqueleto y su base robótica se pueden separar, y la mayoría de los componentes sintéticos se pueden reutilizar.

Los investigadores están trabajando para solucionar una limitación de este enfoque, consistente en la variación de las estructuras biológicas, ya que la cola de cada crustáceo tiene una forma única, lo que implica que cada uno de los dedos prensiles de la pinza se doble de forma ligeramente diferente.

“Este desafío tecnológico requerirá el desarrollo de mecanismos sintéticos más avanzados y ajustables”, señalan, adelantando que “con estas mejoras, este sistema robótico podría utilizarse en futuros implantes biomédicos que integren elementos estructurales derivados de estructuras biológicas”.

“Aunque la naturaleza no proporciona necesariamente un diseño óptimo, todavía sigue superando a muchos sistemas artificiales y ofrece información valiosa para diseñar máquinas funcionales basadas en principios biológicos elegantes”, concluye Hughes.

DESTACADOS:

- Científicos de la universidad suiza EPFL han integrado caparazones de crustáceos desechados en dispositivos robóticos, aprovechando la resistencia estructural y la flexibilidad de los materiales naturales para aplicaciones en máquinas funcionales.

- Los esqueletos externos de la zona abdominal de crustáceos desechados como residuos alimentarios y compuestos por un caparazón rígida segmentada, conservan su movilidad tras la muerte del animal, lo que permite reutilizarlos en los denominados robots biohíbridos, según explica la EPFL.

- Los investigadores utilizaron como pinzas de agarre, dos exoesqueletos ‘Nephrops norvegicus’ (‘cigala’), un crustáceo muy apreciado en el ámbito culinario, y explican que este tipo de material podría utilizarse en futuros dispositivos robóticos para implantes biomédicos o monitorización de ecosistemas marinos.

Por Daniel Galilea EFE-Reportajes.