Muchos diseños robóticos toman como ejemplo a la misma naturaleza: pegarse a la pared como gecos (cuijas, cutetes entre otros nombres), atravesar el agua como atún, desplazarse en la sabana como chita. Tales diseños toman prestadas de la naturaleza algunas propiedades y utilizan materiales especialmente elaborados y hardware para simularlas.
Músculo esquelético activado por luz (crédito: MIT)
Científicos del MIT y la Universidad de Pensilvania han modificado genéticamente células musculares flexibles a la luz y han utilizado ese tejido sensible para construir robots altamente articulados.
El enfoque “bio-integrado”, como podemos llamarle, podría algún día permitir animales robóticos que se desplazan con la misma fuerza y flexibilidad que sus contrapartes vivas.
El diseño de este grupo, efectivamente hace borrosa la frontera entre naturaleza y máquinas, indicó Harry Asada, profesor del MIT.
“Con diseño bio-inspirado, la biología es una metáfora y la robótica es la herramienta para que suceda”, dijo Asada. “Con diseño bio-integrado, la biología provee los materiales y no sólo la metáfora. Esta es la nueva dirección hacia la cual estamos llevando la biorobótica”.
Asada y Mahmut Selman Sakar trabajaron conjuntamente en desarrollar el nuevo camino. Los investigadores, al decidir qué tipo de tejido utilizar en su diseño robótico, decidieron utilizar músculo esquelético -un tejido más fuerte y poderoso que el tejido cardíaco o músculo suave. Pero a diferencia del tejido cardíaco, que late involuntariamente, el músculo esquelético -como los involucrados en correr, caminar y otro tipo de movimientos- requieren estímulo externo para flexionarse.
De manera normal, las neuronas actúan para excitar los músculos, enviando impulsos eléctricos para ocasionar que el músculo se contraiga. En el laboratorio, los investigadores utilizaron electrodos para simular fibras musculares con pequeñas cantidades de corriente. Asada indica qué, a pesar de eso, aunque tal técnica es efectiva resulta muy pesada. Lo que es más, dice, los electrodos junto con su fuente de energía, atascarían un robot pequeño.
En su lugar, Asada y sus colegas buscaron en un campo relativamente nuevo llamado optogenética, inventado en el 2005 por Ed Boyden y Karl Deisseroth, de la Universidad de Stanford, quienes genéticamente modificaron neuronas para que respondieran a pulsos cortos de láser. Desde entonces, los investigadores han utilizado la técnica para estimular el movimiento de las células cardíacas.
El equipo de Asada buscó la manera de realizar exactamente lo mismo, pero esta vez con células de músculo esquelético. Los investigadores cultivaron ese tipo de células, o mioblastos, y genéticamente las modificaron para que expresaran una proteína activada por la luz. El grupo colocó mioblastos en fibras musculares largas y posteriormente envió pulsos de 20 milisegundos de luz azul. Descubrieron que las fibras genéticamente modificadas respondieron espacialmente de formas específicas: pequeños rayos de luz en una sola fibra ocasionaba sólo que esa fibra se contrajera, mientras que pulsos más largos que estimulaban más fibras ocasionaban la contracción de todas esas fibras.
Este grupo es el primero en tener éxito en estimular músculo esquelético utilizando luz, lo que proporciona una nueva manera “inalámbrica” de controlar músculos.
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