Los científicos han metido un ordenador en un robot del tamaño de un grano de sal

En resumen

• Investigadores construyeron robots autónomos del tamaño de un grano de sal que nadan, detectan temperatura y operan de forma independiente durante meses.
• Los robots usan campos eléctricos en lugar de partes móviles.
• Son los primeros robots de menos de un milímetro con computadoras integradas, que cuestan un centavo cada uno en su fabricación.

Los investigadores acaban de reducir los robots autónomos al tamaño de una mota de polvo. Y los robots pueden pensar—más o menos. Un equipo de la Universidad de Pennsylvania y la Universidad de Michigan construyó máquinas microscópicas—de 200 por 300 por 50 micrómetros, del tamaño de un grano de sal—que nadan en líquidos, detectan cambios de temperatura, toman decisiones por sí mismos y operan durante meses. Cada uno cuesta aproximadamente un centavo en producirse. Estos pequeños robots son completamente autónomos. Sin cables, sin campos magnéticos, sin joystick externo. Solo una pequeña computadora, sensores y un sistema de propulsión incrustados en algo casi demasiado pequeño para ver a simple vista. 

" Hemos hecho robots autónomos 10,000 veces más pequeños," dijo Marc Miskin, profesor asistente en Penn Engineering, a Science Daily. “Eso abre una escala completamente nueva para robots programables.” El avance aborda un problema que ha desconcertado a la robótica durante 40 años: cómo construir máquinas que operen de forma independiente por debajo de un milímetro. La electrónica seguía reduciéndose, pero los robots no. La física a esa escala es brutal—Miskin explicó que empujar a través del agua se siente como empujar a través de alquitrán, y los brazos o piernas diminutos simplemente se rompen. Por eso, el equipo descartó por completo los diseños convencionales. En lugar de doblar o flexionar extremidades, estos robots generan un campo eléctrico que empuja partículas cargadas en el líquido circundante. Esos iones arrastran moléculas de agua con ellos, creando movimiento.

Un timelapse proyectado de las trayectorias de partículas trazadoras cerca de un robot compuesto por tres motores unidos. (Crédito: Lucas Hanson y William Reinhardt, Universidad de Pennsylvania)

Este enfoque funciona porque no tiene partes móviles. Los electrodos son lo suficientemente duraderos para ser transferidos repetidamente entre muestras con una micropipeta sin dañarse. Alimentados por luz LED, siguen nadando durante meses.

Los diminutos paneles solares que alimentan estos robots producen solo 75 nanovatios. Para que funcione, Michigan diseñó circuitos que operan a voltajes extremadamente bajos, reduciendo el consumo en más de 1,000 veces. También tuvieron que repensar completamente cómo funciona el software, condensando lo que normalmente requeriría muchas instrucciones en comandos únicos y especializados que caben en una memoria microscópica. El resultado: el primer robot de menos de un milímetro con una computadora completa. Procesador, memoria, sensores—todo en uno. Nadie había hecho eso antes a esta escala.

Un microrobot, completamente integrado con sensores y una computadora, lo suficientemente pequeño para equilibrarse en el borde de una huella dactilar. Crédito: Marc Miskin, Universidad de Pennsylvania (Recuadro: Un microrobot sobre una moneda de un centavo de EE. UU., mostrando escala. Crédito: Michael Simari, Universidad de Michigan)

Estos robots pueden detectar la temperatura con una precisión de un tercio de grado Celsius—seis décimos de grado Fahrenheit para los amantes del sistema imperial. Pueden moverse hacia regiones más cálidas o reportar valores de temperatura que sirven como proxies de actividad celular—potencialmente monitoreando células individuales. Para comunicar sus mediciones, los investigadores diseñaron una instrucción especial que codifica datos en los “movimientos” de un pequeño baile que realiza el robot. Los científicos observan a través de un microscopio y decodifican el mensaje. Es como cómo se comunican las abejas, dijo el profesor de Ingeniería Eléctrica y de Computación de la Universidad de Michigan, David Blaauw. Los robots se programan mediante pulsos de luz que también los alimentan. Cada uno tiene una dirección única, lo que permite a los investigadores cargar diferentes programas en distintas unidades. Pueden trabajar de forma independiente o coordinarse en grupos, moviéndose en patrones como bancos de peces a velocidades de hasta una longitud corporal por segundo. Las versiones futuras podrían almacenar programas más complejos, integrar nuevos sensores o funcionar en entornos más adversos. El diseño actual es una plataforma—su sistema de propulsión funciona con electrónica que puede fabricarse de manera económica a gran escala. “Esto es realmente solo el primer capítulo,” dijo Miskin. “Hemos demostrado que se puede poner un cerebro, un sensor y un motor en algo casi demasiado pequeño para ver, y que sobreviva y funcione durante meses.” “Una vez que tienes esa base,” añadió, “puedes agregar todo tipo de inteligencia y funcionalidad.”