Sung-Jin Park lideró el proyecto, que fue descrito la semana pasada en la revista Science. El responsable explica que se tarda alrededor de una semana en fabricar los diminutos robots de 16 milímetros de largo, sobre todo por el tiempo que requiere cultivar las células de músculo cardíaco dentro del molde de la raya. Park es científico del laboratorio de Kevin Kit Parker de la Universidad de Harvard (EEUU), que hace cuatro años desarrolló un robot biohíbrido de medusa. "La medusa fue imposible de controlar", recuerda Park, un reto que ha conseguido superar con las ágiles rayas.
Imagen: La raya robótica es impulsada hacia delante cuando es estimulada con ráfagas de luz LED. Crédito: Sung-Jin Park, Karaghen Hudson y Michael Rosnach.
Imagen: Sung-Jin Park y sus compañeros modelaron su robot biohíbrido en base a los movimientos ondulantes del pequeño animal de la imagen. Crédito: Sung-Jin Park, Karaghen Hudson y Michael Rosnach.
Las rayas representan "un predecesor ideal" para la próxima generación de vehículos subacuáticos autónomos, afirma el ingeniero mecánico de la Universidad Lehigh en Bethehem, Pensilvania (EEUU) Keith Moored. Las rayas son unos nadadores extremadamente eficientes, según Moored. Imitar su desplazamiento subacuático podría proporcionar una prometedora forma de conservar energía. El robot de Park está basado en otra especie de ráyido, pero aplica los mismos principios.
Las rayas robóticas son fabricadas en cuatro capas sobre un molde de titanio. Una flexible capa de polímeros es cortada con láser en forma de raya, seguida por un fino esqueleto de oro. A esto le sigue una segunda capa flexible antes de implantar las células de músculo cardíaco.
Cuando las células de músculo cardíaco se activan, la señal de contracción se propaga por las células sucesivamente. Park alineó las células obtenidas de corazones de rata en un patrón ondulante que recorre las aletas de la raya. Esto las obliga a producir ondulaciones a modo de ola al desplazarse mientras la contracción se va propagando desde delante hacia atrás.
Por supuesto, la raya robótica no es una réplica perfecta del animal real. Los músculos del robot sólo pueden contraerse hacia abajo. Las rayas de carne y hueso disponen de una segunda capa de músculos para realizar grandes impulsos delanteros, mientras que el robot emplea la energía elástica del esqueleto de oro para volver a colocar sus aletas en su sitio de nuevo tras cada contracción. Por eso, Park afirma: "Creemos que existe una brecha de rendimiento, y añadir una segunda capa podría eliminarla".
Los músculos se controlan con la luz mediante una técnica conocida como optogenética. Aquí, el gen de una proteína derivada de algas es inyectado a las células musculares. La luz azul provoca que la proteína active el tejido muscular.
Foto: La raya robótica (izquierda) se modeló a partir del pequeño ráyido 'Leucoraja erinacea' (derecha), a una escala de 1:10. Crédito: Sung-Jin Park, Karaghen Hudson y Michael Rosnach.
Foto: Alrededor de 200.000 células musculares cardíacas de rata mueven el esqueleto de oro y las aletas de polímero de la raya robótica.
Crédito: Sung-Jin Park, Karaghen Hudson y Michael Rosnach.
No es la primera vez que crea un biorrobot, pero la raya de Park muestra mayor maniobrabilidad. Park guió al robot con luces LED por un sencillo circuito de obstáculos, para demostrar que su versión rinde mejor que otros robots biohíbridos en velocidad, distancia y resistencia. Aun así, sus rayas no son nadadores olímpicos precisamente, puesto que se desplazan a tan solo 1,5 milímetros por segundo en un circuito de obstáculos de 250 milímetros de largo.
En cuanto a por qué querría alguien una pequeña raya robótica, Park explica que simplemente le "interesa el modelo biológico, el diseño de estos circuitos y la vía de señalización". Desarrollar modelos para la contracción de tejidos elaborados por el hombre también podría ayudar a avanzar el desarrollo futuro de órganos artificiales.
Moored cree que el uso de músculos biológicos reales puede dar paso a un "patrón de ruido excepcionalmente silencioso" frente a otras tecnologías. "Esto es importante para un abanico de aplicaciones desde el desarrollo de vehículos de reconocimiento sigilosos hasta el de dispositivos capaces de rastrear especies de forma no invasiva y observar sus comportamientos", explica.