Robots de tamaño milimétrico controlados con campos magnéticos

Los científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur), han desarrollado robots de tamaño milimétrico que se controlan con campos magnéticos. Estos robots son capaces de ejecutar manipulaciones muy maniobrables y diestras, y podrían tener un gran impacto en campos como la biomedicina y la fabricación.

La investigación se publicó en la revista científica Advanced Materials en mayo.

Construyendo sobre robots de pequeña escala existentes

Los robots miniatura se crearon incrustando partículas magnéticas microscópicas en polímeros biocompatibles, que son materiales no tóxicos para los humanos. Los robots están programados para que, cuando se aplican campos magnéticos, realicen sus funcionalidades deseables.

La nueva tecnología se basa en robots de pequeña escala existentes, y las nuevas adiciones incluyen una capacidad optimizada para moverse en seis grados de libertad (DoF), que es el movimiento traslacional a lo largo de los tres ejes espaciales y el movimiento rotacional alrededor de esos ejes, o los ángulos de roll, pitch y yaw.

Los investigadores ya habían desarrollado anteriormente robots miniatura de seis DoF, pero las nuevas versiones pueden rotar 43 veces más rápido en el sexto DoF crítico, siempre que su orientación esté controlada con precisión.

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Debido al uso de materiales ‘suaves’ en su construcción, los robots pueden replicar cualidades mecánicas. Por ejemplo, uno puede nadar mientras que otro puede agarrar, recoger y colocar objetos miniatura con precisión.

El profesor asistente Lum Guo Zhan de la Escuela de Medicina y Ingeniería Aeroespacial es el autor principal del estudio.

Según el profesor Lum, el avance principal depende en gran medida del descubrimiento del ‘elusivo’ tercer y último vector principal de los campos magnéticos. Antes de este descubrimiento, los campos magnéticos aplicados solo se definían en términos de dos vectores principales.

“Mi equipo buscó descubrir los principios de funcionamiento fundamentales de los robots miniatura que tienen movimientos de seis DoF a través de este trabajo. Al entender completamente la física de estos robots miniatura, ahora podemos controlar sus movimientos con precisión. Además, nuestro método de fabricación propuesto puede magnetizar estos robots para producir 51 a 297 veces más de torque de seis DoF que otros dispositivos existentes. Nuestros hallazgos son, por lo tanto, fundamentales y representan un avance significativo para las tecnologías robóticas de pequeña escala”, dijo el asist. Prof. Lum.

Los robots miniatura miden alrededor del tamaño de un grano de arroz, por lo que son útiles cuando se intenta llegar a espacios confinados y cerrados que limitan a los robots grandes. Esto significa que el nuevo desarrollo es especialmente útil en la medicina.

Los robots se pueden controlar de forma remota por un operador y un programa que se ejecuta en una computadora de control. El programa altera la intensidad y la dirección de los campos magnéticos generados por un sistema de bobinas electromagnéticas.

En la medicina, los robots miniatura podrían llegar a ciertos órganos vitales como el cerebro, pero habrá que realizar muchas más pruebas y ajustes antes de que puedan aplicarse de esta manera.

Los coautores de la investigación incluyen a los estudiantes de doctorado Xu Changyu y Yang Zilin de la Escuela de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial.

“Además de la cirugía, nuestros robots también pueden ser valiosos en aplicaciones biomédicas como la ensambladura de dispositivos de laboratorio en un chip que se pueden utilizar para diagnósticos clínicos integrando varios procesos de laboratorio en un solo chip”, dijeron.

Poniendo a prueba los robots

El equipo de investigación probó los robots en experimentos de laboratorio y demostró su destreza y velocidad.

Con un robot inspirado en una medusa, el equipo lo controló para que nadara a través de una barrera de apertura ajustada cuando se suspendió en agua. Este experimento demostró cómo los robots pueden negociar barreras en entornos dinámicos e inciertos, lo que significa que en el futuro podrían ser utilizados para aplicaciones biomédicas dirigidas como procedimientos quirúrgicos.

El robot miniatura también superó la rotación más rápida de cualquier robot miniatura existente.

El equipo de investigación ahora busca hacer que los robots sean aún más pequeños, reduciéndolos a unos pocos cientos de micrómetros. También quieren que eventualmente sean completamente autónomos.