El camp de la robòtica té com a objectiu imitar el que han aconseguit les entitats biològiques naturals al llarg de mil·lennis d’evolució: accions com moure’s, adaptar-se al medi o detectar el seu entorn. Més enllà dels robots rígids tradicionals, recentment ha sorgit el camp de la “robòtica tova” que utilitza materials flexibles i ajustables, capaços d’adaptar-se al seu entorn de manera més eficient. Amb aquest objectiu en ment, els científics treballen des de fa anys en els anomenats robots biohíbrids o biobots, compostos generalment de teixit muscular, sigui cardíac o esquelètic, i una bastida artificial, aconseguint robots vius amb la capacitat d’arrossegar-se, enganxar-se o nedar. Malauradament, els biobots actuals estaven molt lluny de poder imitar el comportament de la natura, en termes de mobilitat i força.
Ara, investigadors de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) liderats pel professor d’investigació ICREA, Samuel Sánchez, han superat tots dos reptes i han aconseguit un gran avanç en el camp dels biobots mitjançant l’ús d’eines de bioenginyeria. Sánchez i els seus col·legues de l’IBEC han aplicat la bioimpressió 3D i el disseny d’enginyeria per al desenvolupament de biobots, de poc més d’un centímetre de longitud, que poden nedar i lliscar com els peixos, a velocitats sense precedents. La clau: utilitzar la contracció espontània de materials basats en cèl·lules musculars juntament amb un esquelet innovador i flexible.
Biobots IBEC amb capacitats d’auto entrenament obtinguts gràcies al seu esquelet amb un disseny innovador basat en la bioenginyeria
Tot i que la majoria d’investigadors solen treballar amb bastides rígides per obtenir robots artificials, els investigadors de l’IBEC van utilitzar robots biològics basats en una serpentina flexible fabricada amb un polímer anomenat PDMS, que es va dissenyar i optimitzar mitjançant simulacions, que després es va imprimir mitjançant tecnologia 3D . L’avantatge d’aquesta innovadora bastida rau en l’entrenament i desenvolupament millorats del teixit mitjançant l’autoestimulació mecànica amb contraccions espontànies, que crea un bucle de retroalimentació a causa de la força de restauració de la molla. Aquesta capacitat d’auto entrenament comporta una millor actuació i una major força de contracció del biobot. Aquests esquelets no s’havien inclòs mai abans en un sistema de vida robòtic tova.
Els Biobots de l’IBEC neden a una velocitat sense precedents i llisquen com els peixos
A més de la capacitat de “autoentrenament“, el biobot basat en cèl·lules de múscul esquelètic desenvolupats per investigadors de l’IBEC es mouen a velocitats 791 vegades més ràpides que els biobots basats en cel·lules musculars coneguts fins a la data i comparables amb altres nedadors biològics basats en cardimiòcits (cèl·lules del cor).
Però aquests nous biobots també van ser capaços de realitzar altres moviments: són capaços de lliscar quan es col·loquen prop de la superfície del fons aquàtic, assemblant-se a l’estil de natació de certs peixos, com el comportament de ràfega intermitent dels peixos zebra, caracteritzat per moviments esporàdics seguit de fases d’inèrcia.
El treball de Sánchez, Guix i els col·laboradors de l’IBEC obre les portes a una nova generació de robots biològics més forts i ràpids basats en cèl·lules musculars, amb aplicacions potencials tant en medi ambient com en l‘administració de fàrmacs o el desenvolupament de pròtesis biòniques. En el camp biomèdic, la possibilitat d’imprimir aquests models musculars en 3D amb músculs humans, ofereix l’oportunitat d’utilitzar aquesta tecnologia en plataformes mèdiques per testar fàrmacs.
Hem dissenyat BIOBOTS compostos de cèl·lules musculars que es mouen com cucs o peixos, reaccionen als estímuls elèctrics i exerceixen forces i velocitats sorprenents gràcies a la seva capacitat d’autoentrenament i al seu esquelet flexible que s’ha imprès en 3D.
Samuel Sánchez, professor de recercaICREA
Aquesta gran força, resultat del disseny que permet l‘autoentrenament, han permès que els nostres biobots siguin els robots biohíbrids nedadors més ràpids fins avui dia, aconseguint una velocitat 791 cops més alta.
Maria Guix, investigadora Postdoctoral
Article de referència: Maria Guix, Rafael Mestre, Tania Patiño, Marco De Corato, Judith Fuentes, Giulia Zarpellon and Samuel Sánchez. Biohybrid soft robots with self-stimulating skeletons. Science Robotics, 2021, DOI 10.1126/scirobotics.abe7577
Contacte per a més informació: alopez@ibecbarcelona.eu
