Un robot medusa para tratamientos de cáncer mínimamente invasivos

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medusa larval

"Jellyfishbot" es un robot multifuncional que se mueve por campos magnéticos

Sería difícil encontrar algo más opuesto que las medusas y los robots. Las medusas se mueven a través de los océanos con gracia sin esfuerzo, mientras que los robots luchan por no caer sobre nuestras cabezas, y eso cuando no se incendian.

Ahora, sin embargo, esos dos mundos se están fusionando, con un pequeño y extremadamente simple robot modelado a partir de medusas larvales (scyphomedusa ephyra) que pueden moverse sin ataduras como en la realidad. Con menos de un cuarto de pulgada de ancho, el robot activado magnéticamente imita la fascinante locomoción de una medusa y puede utilizar la interrupción resultante del flujo de agua para manipular objetos o enterrarlos en el suelo.

El robot medusa tiene ocho brazos, que consisten en una base blanda con micropartículas magnéticas incrustadas y puntas hechas de polímeros "pasivos" no magnéticos. El equipo llamó a su invento "Jellyfishbot".

Los investigadores colocan el robot en un tanque rodeado de bobinas electromagnéticas. Al manipular el campo magnético, pueden controlar las partes magnéticas de los brazos del robot.

"Si se aplica un lento campo magnético hacia arriba, los brazos se doblarán lentamente", dice Metin Sitti, director del Departamento de Inteligencia Física del Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes y coautor de un nuevo artículo que describe el robot medusa. "Y luego hacemos una señal magnética descendente muy rápida y aguda que dobla los brazos muy rápido hacia abajo". Las puntas de los brazos también se doblan, imitando los movimientos gelatinosos de una medusa larval de ocho brazos. (Los adultos desarrollan los tentáculos urticantes que tan bien conocemos).

Es tan simple como la locomoción del robot. Pero esa simplicidad crea una sorprendente versatilidad en los movimientos del robot, o modos, como los llaman los investigadores.

Echa un vistazo al GIF de arriba. El modo A imita más de cerca la forma en que se mueve una medusa larval, pero los investigadores pueden modificar el campo magnético para crear nuevos movimientos. El modo B1, por ejemplo, usa contracciones más fuertes para ráfagas más fuertes. B2 permite menos tiempo de recuperación antes de la siguiente contracción. B3 mantiene los brazos hacia abajo por más tiempo después de una contracción, generando un deslizamiento más aerodinámico. Y el modo C opta por ráfagas debilitadas. La manipulación del campo magnético también permite a los investigadores dirigir el robot en el espacio 3D.

Esa versatilidad no se detiene en la locomoción. Al imitar la forma en que come una medusa larval, el robot puede capturar objetos. Cuando una medusa nada, sus contracciones fuerzan el agua bajo su campana y esa agua transporta microorganismos. Este robot hace lo mismo, solo que con cuentas esparcidas en el fondo del tanque. Cuando se levanta del suelo, el flujo de agua atrapa las perlas debajo de la campana y las arrastra hacia arriba cuando el robot se dirige a la superficie. Lo que significa que a pesar de que este robot no tiene manos, todavía puede manipular objetos.

El robot medusa también puede excavar en las cuentas, usando sus brazos para hundirse y abrirse paso hacia la capa inferior del tanque. Y si lo tuyo no es lo tuyo, puedes agregar una capa de tinte en la parte inferior del tanque, un color separado a cada lado del robot, y el movimiento de la gelatina mecánica mezclará rápidamente los dos y los arrastrará hacia la columna de agua. Esto demuestra que, de nuevo, un robot no necesita tener manos para poder manipular materiales.

Así que desde casi el tipo de robot más simple que puedas imaginar, los investigadores pueden descubrir una amplia gama de usos. Es un alejamiento significativo de las formas habituales en que los robots manipulan los objetos, cambiando las manos con agarradores por un sistema que empuja estratégicamente alrededor del agua. "Eso es lo sorprendente de los sistemas de cuerpo blando muy simples", dice Sitti, "que pueden crear muchas deformaciones complejas que inducen muchos comportamientos diversos".

Existe, por supuesto, el factor limitante de la energía magnética. Antes de que robots como este puedan explorar el mundo real, los investigadores tendrán que descubrir cómo accionarlos y activarlos de alguna otra forma, quizás con sistemas hidráulicos. Y las máquinas tendrán que sentir su mundo de alguna manera, lo que agregará complejidad y volumen adicionales.

robot medusa, detalle

"Este es un diseño realmente inteligente", dice el ingeniero de Stanford John Dabiri, que estudia la locomoción de las medusas. "Refleja un interés creciente en nuestro campo para ir más allá de los robots que simplemente imitan a los animales y, en cambio, explorar ideas de diseño con las que la naturaleza todavía no se ha topado".

Con el conocimiento aprendido de esta plataforma de robot bioinspirada, el equipo creó un nuevo diseño del Jellyfishbot para aplicaciones médicas en un estudio de seguimiento. La semana pasada, este trabajo de investigación se publicó en una de las conferencias de robótica más prestigiosas del mundo, en Robotics: Science and Systems, donde ganó el premio al mejor papel.

robot medusa, demo

"La idea detrás de este proyecto fue doble", explica Sitti y se refiere a las metodologías de investigación típicas aplicadas en su Departamento de Inteligencia Física. “Aprendemos y nos inspiramos en una variedad de sistemas biológicos para crear pequeños robots bioinspirados. Los usamos para estudiar y comprender mejor los sistemas biológicos. Pero, lo que es más importante, estos robots de nueva creación tal vez puedan algún día resolver los desafíos científicos y tecnológicos críticos que enfrentamos en la atención médica y el medio ambiente, ayudando a mejorar el bienestar de nuestra sociedad".

Las funcionalidades del robot también podrían tener muchos usos potenciales en aplicaciones médicas. Un posible escenario de aplicación es controlar el robot para nadar dentro de la vejiga bajo la guía de imágenes de ultrasonido, y parchear a un objetivo, como un tejido canceroso, para liberar el medicamento contra el cáncer durante mucho tiempo en dosis controladas. Esto podría tener un gran impacto para los pacientes. Podría reducir las molestias provocadas por los procedimientos de tratamiento convencionales y aumentar la eficacia del tratamiento.

Además, los robots como este tienen muchas menos probabilidades de prenderse fuego si están bajo el agua.

La investigación se publicó en Nature Communications con el título "Multi-functional soft-bodied jellyfish-like swimming".

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