Investigadores de ETH Zurich han desarrollado músculos artificiales que incorporan microburbujas y pueden ser controlados mediante ultrasonido. Estos innovadores músculos tienen el potencial de ser utilizados en entornos técnicos y médicos, actuando como brazos de agarre, parches de tejido, sistemas de entrega de medicamentos o incluso robots.
Músculos artificiales impulsados por ultrasonido
A primera vista, podría parecer un simple experimento material, ya que una breve estimulación por ultrasonido provoca que una delgada tira de silicona comience a doblarse y arquearse. Sin embargo, esto es solo el inicio. Un equipo liderado por el profesor Daniel Ahmed, especialista en Robótica Acústica para Ciencias de la Vida y Salud, ha creado una nueva clase de músculos artificiales: membranas flexibles que responden al ultrasonido gracias a miles de microburbujas.
Los investigadores fabricaron estos músculos artificiales utilizando un molde de fundición con una microestructura definida. La membrana de silicona producida en este molde contiene pequeños poros en su parte inferior, cada uno con aproximadamente 100 micrómetros de profundidad y diámetro, similar al grosor de un cabello humano. Al sumergir la membrana en agua, pequeñas microburbujas quedan atrapadas en estos poros.
Movimientos precisos y aplicaciones versátiles
Cuando se someten a ondas sonoras, estas microburbujas comienzan a oscilar y generan un flujo dirigido que mueve el músculo. La capacidad para controlar con precisión el tamaño, forma y disposición de estas burbujas permite producir movimientos que van desde una curvatura uniforme hasta patrones ondulatorios. Además, los músculos responden en milisegundos y pueden ser controlados de manera inalámbrica.
Entre las aplicaciones demostradas para estos músculos artificiales se encuentra un brazo gripper suave y miniatura. En un experimento realizado, los investigadores lograron atrapar suavemente a una larva de pez cebra en agua y luego liberarla sin causarle daño alguno. “Fue fascinante observar cuán precisamente y con cuánta delicadeza funcionó el agarre; la larva nadó lejos después sin problemas”, recuerda Zhiyuan Zhang, exestudiante doctoral bajo la tutela de Ahmed y uno de los autores principales del estudio publicado en Nature.
Innovaciones robóticas con potencial médico
Los investigadores también diseñaron un robot que imita a una pequeña mantarraya para demostrar movimientos ondulatorios. Este robot mide aproximadamente cuatro centímetros de ancho y utiliza dos músculos artificiales que simulan la función de las aletas pectorales. Al aplicar estimulación ultrasónica, se induce movimiento ondulatorio en el músculo, permitiendo que el robot miniatura se desplace por el agua sin cables. “La locomoción ondulatoria fue un verdadero hito para nosotros”, afirma Ahmed. “Demuestra que podemos utilizar las microburbujas no solo para movimientos simples sino también para patrones complejos, como los observados en organismos vivos.”
Las perspectivas a largo plazo para estos dispositivos —denominados "stingraybots" por los investigadores— incluyen su uso en el tracto gastrointestinal, posiblemente para liberar medicamentos con precisión absoluta o apoyar procedimientos mínimamente invasivos. De hecho, ya se ha considerado cómo transportar un stingraybot al estómago: proponen enrollar el robot y colocarlo en una cápsula especialmente diseñada que podría tragarse antes de disolverse dentro del estómago del paciente.
Nuevas fronteras en investigación médica
Los investigadores también han desarrollado parches médicos que pueden adherirse a estructuras curvas mediante activación ultrasónica. Estos parches pueden ser adaptados específicamente a diferentes tipos de tejidos y liberar medicamentos en ubicaciones precisas, como para tratar cicatrices o tumores. En experimentos realizados en laboratorio, el equipo ya ha logrado entregar colorantes a ubicaciones específicas dentro de un modelo tisular.
“Comenzamos realizando investigaciones fundamentales antes de demostrar la versatilidad de estos músculos artificiales, con aplicaciones que van desde la entrega de medicamentos hasta locomoción en el tracto gastrointestinal o parches cardíacos”, resume Ahmed.
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