Los científicos han creado el robot andante más pequeño del mundo, que mide sólo 2 micrones

Los científicos han creado el robot andante más pequeño del mundo, que mide sólo 2 micrones

Los robots microscópicos están cambiando los límites de la ciencia y la tecnología. Estas máquinas a escala micrométrica combinan varias ópticas con robótica dinámica, abriendo aplicaciones que antes se consideraban imposibles.

Al explotar cómo la luz rebota en sus diminutas superficies, estos robots pueden manipular campos de luz, proporcionando herramientas para imágenes de alta resolución, ópticas sintonizables y detección de fuerza a escala ultrapequeña.

Miniaturizar estos robots para interactuar con la luz visible plantea importantes desafíos de diseño. Descritos como máquinas a escala micrométrica equipadas con información para permitir la locomoción, estos microrobots requieren innovaciones en diseño y ciencia de materiales.

Los avances recientes han hecho posible este salto, creando una base para la «robótica diferencial», un nuevo campo donde la difracción de la luz se une a la movilidad robótica.

Itai Cohen, centro, profesor de física y tecnología de diseño, Melody Lim, izquierda, y Zexi Liang, derecha, trabajan en el laboratorio de Cohen en el Edificio de Ciencias Físicas. (Crédito: Jason Koski/Universidad de Cornell)

La robótica diferente se basa en dos tecnologías básicas. El primero es un protocolo para codificar información magnética en robots a microescala, lo que permite una acción precisa.

Otro implica el uso de deposición de capas atómicas (ALD) para crear pulseras ultrafinas y flexibles. Estas pulseras de 5 nanómetros sirven como tejido conectivo para robots y ofrecen durabilidad y compatibilidad con la fabricación de semiconductores.

Estas innovaciones permitieron a los investigadores codificar información magnética multieje en diferentes paneles. Esta capacidad hace que el robot sea controlable magnéticamente y lo suficientemente flexible como para reorientarse en campos magnéticos a escala de milisegundos.

El resultado es una plataforma que combina la robótica con la precisión óptica para la difracción de la luz visible.

Un chip de 10 por 10 mm que contiene conjuntos de robots difractivos muestra colores brillantes debido al contraste entre diferentes momentos. (Crédito: Ciencia)

Pequeños robots, gran potencial

Investigadores de la Universidad de Cornell han logrado un gran avance en este campo al presentar el robot andante más pequeño jamás registrado.

Estos robots, que miden sólo de 2 a 5 micrones, son lo suficientemente pequeños como para interactuar con ondas de luz visible mientras mantienen una movilidad independiente. Superan el récord anterior de Cornell de 40 a 70 micrones, con aplicaciones potenciales que van desde imágenes biológicas hasta mediciones de fuerza.

«Un robot andante que es lo suficientemente pequeño como para interactuar y dar forma con la luz toma efectivamente una lente de microscopio y la coloca directamente en el micromundo», dijo Paul McEwen, profesor emérito de ciencias físicas en Cornell. «Puede realizar imágenes de primeros planos de una manera que un microscopio normal nunca podría hacerlo».

La investigación del equipo, publicada en Science con el título «Robótica diferencial programada magnéticamente», destaca la capacidad de los robots para moverse a través de fluidos y superficies sólidas.

Su movimiento, controlado por campos magnéticos, como un movimiento de pellizco, les permite moverse o nadar. Esta versatilidad garantiza que puedan alcanzar y obtener imágenes de estructuras biológicas complejas.

El término «robótica difractiva» se refiere a la integración fundamental del movimiento robótico aleatorio con la difracción de la luz.

Las ondas de luz se curvan al pasar a través de agujeros abiertos en comparación con su longitud de onda, un fenómeno crítico para obtener imágenes a microescala. Para lograrlo, los robots deben ser teóricamente compatibles y móviles de forma autónoma, algo que el equipo de Cornell ha logrado con éxito.

Imagen SEM en falso color de un robot diferencial prototípico, una rejilla de difracción individual con 500 líneas/mm. Los colores indican los elementos principales de la plataforma del microbot: azul, diferentes paneles; Rojo, conjuntos de nanoimanes; y patas ALD mecánicas amarillas. (Crédito: Ciencia)

«Estos robots son pequeños y podemos lograr que hagan lo que queramos controlando los campos magnéticos que impulsan sus movimientos», dijo Itai Cohen, profesor de física y coautor del estudio. La capacidad de los robots para interactuar con la luz proporciona posibilidades únicas de obtención de imágenes, situando la precisión de una lente microscópica directamente en la nanoescala.

Aplicaciones e implicaciones futuras

Las implicaciones de la robótica dispar abarcan una variedad de campos. En medicina, estos robots pueden navegar por los tejidos para obtener imágenes de estructuras celulares o medir fuerzas dentro de muestras biológicas. La capacidad de sintonizar campos de luz locales ofrece la posibilidad de lograr avances en dispositivos ópticos, permitiendo la sintonización en tiempo real a nanoescala.

Más allá de las imágenes médicas, la flexibilidad y maniobrabilidad de los robots pueden beneficiar las aplicaciones industriales. Sus sutiles capacidades ópticas pueden revolucionar la ciencia de los materiales, la fabricación de precisión y la monitorización medioambiental.

SEM de falso color del robot difractivo de doble panel. El microrobot consta de dos paneles (azules), dos conjuntos magnéticos (rojos) y dos anillos (amarillos) y sirve como una doble rendija óptica. (Crédito: Ciencia)

La investigación debe su desarrollo al Centro de Investigación de Materiales de Cornell, la Fundación Nacional de Ciencias y la Instalación de Ciencia y Tecnología a Nanoescala de Cornell. Estas instituciones proporcionaron recursos críticos, destacando los esfuerzos de colaboración detrás de estas innovaciones.

La robótica diferente marca una nueva era tanto en la robótica como en la óptica. Al reducir los robots a tamaños que puedan interactuar con la luz visible, los científicos han creado herramientas que pueden explorar realidades que antes eran inaccesibles. Esta fusión de dinámica, flexibilidad y precisión óptica ofrece una visión del futuro de la tecnología a escala microscópica.

El trabajo en Cornell muestra cómo la combinación de procesos magnéticos con materiales avanzados puede crear máquinas pequeñas y versátiles. A medida que avanza el campo, el potencial de estos robots para remodelar la ciencia, la medicina y la industria es inmenso.



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