Crean una raya cyborg a base de oro y células cardíacas de rata

La robótica ha avanzado mucho en los últimos años, tanto en hardware como en software, pero sus funcionalidades aun distan mucho de la eficiencia y capacidad de los animales. Una de las tendencias en la que trabajan los científicos actualmente son los robots bioinspirados, dispositivos que no sólo interactúan con su entorno y llevan a cabo una tarea asignada, sino que además simulan algunas de las funciones y mecanismos propios de la naturaleza.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Harvard, en Estados Unidos, ha encontrado la manera de fusionar bioinspiración con robótica y cibernética para crear un pez raya artificial completamente controlable. Los resultados del estudio son impresionantes y se acaban de publicar en la prestigiosa revista Science.

En concreto, han desarrollado un cyborg inspirado en el modelo morfológico de un pez raya, aunque a una escala menor, pues mide 16 milímetros, el tamaño de una moneda, y pesa poco más de 10 gramos. Pero lo más curioso de su estructura es que utiliza un material de construcción vivo, en este caso células cardíacas de rata, las cuales se pueden controlar bajo el agua mediante impulsos de luz.

Para emular el cuerpo cartilaginoso de las rayas, con aletas pectorales triangulares muy desarrolladas y unidas a la cabeza, el robot blando tiene un esqueleto de oro recubierto con un polímero flexible. Los músculos los forman alrededor de 200.000 células de corazón de ratas estructuradas en capas, según detallan en un artículo publicado en la revista online NewScientist.

Impulsos de luz

Los peces raya nadan con rapidez y eficacia, doblando sus aletas con un movimiento ondulante que los impulsa hacia adelante en el agua. Aunque parece un movimiento simple, también es bastante estable, lo que permite mucha capacidad de maniobra, convirtiéndolo en un "modelo biológico ideal para la robótica", según los investigadores.

Para generar ese movimiento, el equipo dirigido por Kevin Kit Parker ha modificado los genes de las células para que sean sensibles a la luz. De esta forma, al exponerse a la luz, las células se contraen y las capas actúan como una especie de bomba, empujando el esqueleto para emular las ondas características de una raya real sin necesidad de ningún otro sistema de control.

Además pueden controlar la velocidad del robot, modificando la frecuencia de los impulsos de luz, y también la dirección del movimiento, hacia la derecha o la izquierda en función de la posición de los haces luminosos. Así consiguieron que el cyborg superara con éxito una carrera de obstáculos.

Una carrera en un líquido que parece agua pero es Solución de Tyrode, una combinación que se utiliza para estudios in vitro a base de glucosa y agua destilada, por lo que contiene lo necesario para mantener activas las células cardiacas.

A diferencia de casi todos los demás robots, este necesita un tiempo para crecer, por lo que se tarda aproximadamente siete días en fabricarlo. A partir de ahí es capaz de mantener el aleteo con una eficiencia de hasta el 80 por ciento hasta seis días después, siempre y cuando se mantenga dentro del líquido.

Estudio del corazón

Aunque la raya artificial es una máquina viva, Parker reconoce que aún queda un largo camino por recorrer hasta desarrollar robots más complejos a base de tejido vivo. De momento, investigaciones como esta sirven para aprender a utilizar células vivas como material, lo que supone todo un reto, ya que necesitan condiciones muy específicas para mantenerse con vida.

Previamente, el científico fue parte de un equipo que creó una medusa cyborg, recurriendo también a células musculares del corazón de una rata. Sin embargo, tanto el diseño como el mecanismo de control eran mucho menos complejos que los de la raya. En esta ocasión recurrieron a descargas de electricidad para que nadara como un animal real.

Utilizaron un molde basado en un modelo informático tridimensional de una medusa menor a 6 milímetros de diámetro. A continuación cubrieron el molde con las células cardiacas, alineándolas de tal manera que las redes de fibra del músculo coincidían con las propias de las medusas, y por último lo revistieron con una capa delgada de un polímero de silicona líquido.

Pero el objetivo de ambos estudios era el mismo, y no se trata de crear animales artificiales. Más bien se conciben como un medio para entender mejor el funcionamiento del corazón y de las enfermedades cardiacas. Ayudar a la búsqueda de nuevos fármacos para el tratamiento de problemas cardíacos mediante el estudio de cómo diferentes estructuras del corazón llevan al músculo a trabajar distinto. "Mi verdadero interés se centra en la construcción de un corazón", admite Parker. De hecho, previamente intervino también en la creación de otros pequeños órganos.

Una vez dominada la raya, Parker y su equipo están trabajando en otro animal marino más complejo, aunque de momento prefieren no desvelar su identidad.