Cornell lidera nueva frontera uniendo robótica y óptica, abriendo posibilidades en investigación biomédica y ciencia de materiales con estas nuevas invenciones que interactúan con luz
PorJuan Manuel Godoy
06 Dic, 2024
El robot desarrollado por la Universidad de Cornell tiene un tamaño de 2 a 5 micrómetros y puede realizar tareas complejas a escalas microscópicas (Crédito: Cornell University)
La tecnología sigue avanzando a pasos agigantados, y el mundo de la robótica no es la excepción. Si en el pasado imaginábamos robots gigantescos y futuristas, hoy el futuro se presenta en una escala sorprendentemente pequeña. Recientemente, un equipo de investigadores de la Universidad de Cornell ha desarrollado el robot más pequeño del mundo, un dispositivo tan diminuto que puede moverse de manera autónoma y realizar tareas complejas a escalas microscópicas. Este avance no solo desafía nuestras ideas sobre lo que es posible en robótica, sino que abre nuevas puertas en campos como la medicina y la ciencia de materiales.
Lo que hace tan impresionante a este robot no es solo su tamaño —que varía entre 2 a 5 micrómetros, aproximadamente una décima parte del grosor de un cabello humano—, sino su capacidad para interactuar con la luz visible y realizar tareas que hasta ahora solo podían lograrse con herramientas ópticas mucho más grandes. Este avance ha sido posible gracias a la creación de lo que los investigadores llaman “robots difractivos”, capaces de manipular la luz de manera precisa y con una autonomía que los coloca un paso más cerca de aplicaciones prácticas en el mundo real. ¿Cómo puede un robot tan pequeño hacer todo esto? A continuación, exploramos su funcionamiento y sus posibles aplicaciones.
Los robots desarrollados en Cornell no son robots “caminarines” en el sentido tradicional de la palabra. Debido a su tamaño extremadamente pequeño, no pueden caminar sobre el suelo como los robots industriales o los humanos, pero sí se desplazan de manera eficiente gracias a un principio muy ingenioso: los campos magnéticos. Al estar equipados con imanes a escala nanométrica, los robots pueden ser manipulados con precisión para realizar movimientos que recuerdan a los de un gusano inchador, o como algunos los han llamado, “inch-worms”.
Estos innovadores robots se desplazan usando campos magnéticos, actuando de manera similar a gusanos inchadores (Crédito: Cornell University)
Los imanes dentro de estos robots tienen dos formas distintas: largas y delgadas o cortas y gruesas. Gracias a este diseño, los robots pueden ser movidos por la interacción de campos magnéticos de diferentes intensidades. Cuando se aplica un campo magnético fuerte, todos los imanes se alinean, pero si se aplica un campo más débil, solo los imanes cortos y gruesos se mueven. Esta capacidad de manipulación precisa permite a los robots moverse tanto sobre superficies sólidas como nadar a través de líquidos.
La clave de su tamaño: interacción con la luz visible
Una de las características más sorprendentes de estos robots es su capacidad para interactuar con la luz visible a una escala tan diminuta. La luz visible tiene una longitud de onda que varía entre los 400 y los 700 nanómetros (1 micrómetro equivale a 1000 nanómetros), lo que hace que los robots de 2 a 5 micrómetros sean ideales para trabajar con técnicas ópticas basadas en la difracción de la luz.
La difracción ocurre cuando una onda de luz pasa a través de una pequeña abertura o alrededor de un objeto y se curva. Este fenómeno es fundamental en técnicas de imagen avanzadas, como la microscopía de super-resolución, que permite ver detalles más pequeños que los que se pueden observar con microscopios convencionales. Los investigadores de Cornell han logrado que estos robots no solo puedan moverse, sino también modificar las ondas de luz para mejorar las imágenes, actuando como una extensión microscópica de una lente de microscopio.
Los robots pueden manipular luz de manera precisa, actuando como una extensión microscópica de una lente de microscopio (Capturas de video)
Según Paul McEuen, líder del equipo de investigación y profesor emérito de ciencias físicas en Cornell, “un robot caminante lo suficientemente pequeño como para interactuar con la luz y darle forma efectivamente toma la lente de un microscopio y la coloca directamente en el microcosmos. Puede realizar imágenes cercanas de maneras en las que un microscopio convencional nunca podría”. Esta capacidad de manipular la luz de manera precisa a esa escala es uno de los mayores logros de la robótica microbiana.
Aplicaciones en medicina y ciencia de materiales
Con su tamaño diminuto y su capacidad para interactuar con la luz, estos robots tienen un enorme potencial en áreas como la medicina y la ciencia de materiales. Por ejemplo, podrían ser utilizados para medir fuerzas a escalas moleculares, lo que sería fundamental para estudiar estructuras biológicas a un nivel muy detallado, como las interacciones entre células o las proteínas. De hecho, la capacidad de estos robots para modificar su forma bajo la acción de fuerzas también los hace ideales para estudiar la mecánica celular y los cambios estructurales en el cuerpo humano.
En el campo de la medicina, estos robots podrían tener aplicaciones en la microscopía avanzada para el análisis de muestras biológicas en tiempo real. Los investigadores sugieren que en el futuro, enjambres de estos microbots podrían realizar tareas de microscopía de super-resolución mientras se desplazan sobre las superficies de las muestras, proporcionando datos y observaciones más precisas que los métodos actuales.
En medicina, los robots podrían realizar tareas de microscopía avanzada en muestras biológicas, mejorando la precisión de los datos obtenidos (Capturas de video)
En cuanto a la ciencia de materiales, estos robots podrían ser empleados para analizar superficies de materiales y detectar imperfecciones a escalas submicroscópicas. Técnicas como la interferometría y el análisis de irregularidades en lentes o espejos también podrían beneficiarse de esta tecnología.
Aunque este es solo un paso inicial, los investigadores ya vislumbran un futuro lleno de posibilidades. Francesco Monticone, profesor asociado de ingeniería eléctrica en Cornell, comentó: “Creo que estamos realmente comenzando a rascar la superficie de lo que es posible con este nuevo paradigma que une la ingeniería robótica y óptica a una escala microscópica”. La combinación de robótica sin cables y tecnología óptica avanzada abre nuevas fronteras para la exploración de mundos microscópicos.
En resumen, el desarrollo de estos robots miniatura no solo es un avance tecnológico asombroso, sino que promete transformar la forma en que entendemos y exploramos estructuras biológicas, materiales y mucho más. Si la miniaturización de la robótica sigue su curso, en el futuro podríamos ver estos robots desempeñar un papel crucial en investigaciones científicas y en aplicaciones médicas, mejorando nuestra capacidad de diagnosticar, medir y analizar el mundo a una escala jamás imaginada.
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