Investigadores del MIT desarrollan un robot acuático propulsado por músculo vivo

El robot, de dimensiones reducidas, utiliza dos aletas controladas independientemente, cada una con una capa muscular más delgada que un cabello humano. Esta configuración le permite nadar, girar y cambiar de dirección con una velocidad de hasta cuatro veces su longitud corporal por minuto. La innovación principal reside en la capacidad de cultivar músculo esquelético en una lámina extremadamente fina y estructurada, capaz de generar la fuerza y el movimiento necesarios para un actuador robótico funcional.

El esqueleto subyacente a la capa muscular es clave para el diseño. Los investigadores emplearon metacrilato de gelatina (GelMA), un hidrogel comúnmente utilizado en ingeniería de tejidos, y moldearon micro-surcos en su superficie. Se determinó que los surcos cuadrados de 25 micrómetros optimizaban la alineación de las fibras musculares en crecimiento, permitiendo que las células se fusionaran y dirigieran su fuerza de manera más efectiva. La rigidez del material también influyó: versiones más rígidas de GelMA mejoraron la alineación de las fibras y la fuerza contráctil, mientras que los materiales más blandos permitieron un mayor desplazamiento. Estas películas musculares lograron fuerzas de escala milinewton y movimientos de escala milimétrica en tejidos de tamaño centimétrico, alcanzando una densidad de fuerza aproximadamente 20 veces superior a la de actuadores musculares 3D previamente reportados.

Para el robot nadador, dos de estas estructuras de hidrogel cubiertas de músculo forman las aletas, cada una de 7 milímetros de ancho, 15 milímetros de largo y 0,5 milímetros de grosor. Las células musculares fueron modificadas genéticamente para responder a luz azul de 470 nanómetros, permitiendo la contracción selectiva de cada aleta mediante iluminación. La activación de una aleta produce movimiento lineal, mientras que la estimulación de ambas facilita la rotación. La frecuencia de los pulsos de luz permite ajustar la velocidad. Esta combinación de movimientos posibilitó que el robot navegara a través de un laberinto acuático.

Una de las mejoras significativas es la durabilidad de estos actuadores de película delgada. Mientras que los actuadores musculares 2D anteriores sin ataduras operaban menos de 10 minutos, el nuevo diseño mantuvo su funcionalidad durante más de 30 días. Además, una rutina diaria de ejercicio basada en luz aumentó el movimiento muscular en aproximadamente cuatro veces. Aunque el robot actual depende de una fuente de luz externa para su control y el músculo experimenta fatiga con la estimulación prolongada, este trabajo demuestra la viabilidad de actuadores biohíbridos funcionales sin requerir tejidos de ingeniería gruesos. La tecnología de músculo de película delgada podría adaptarse para sistemas robóticos blandos más rápidos o para aplicaciones como pinzas y bombas, con el desarrollo futuro de geometrías de hidrogel más complejas y fuentes de luz y energía integradas.