Investigadors de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) al Parc Científic de Barcelona, liderats pel professor d’investigació ICREA, Samuel Sánchez, assoleixen una fita al camp dels robots biològics gràcies al desenvolupament de nous biobots, basats en cèl·lules musculars, capaços de nedar, ‘autoentrenar-se’ i mostrar una velocitat i força sorprenents. El treball, publicat en la revista Science Robotics, obre la porta a aplicacions potencials tant en medi ambient com en administració de fàrmacs o desenvolupament de pròtesis biòniques.

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’IBEC liderats per 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.

Els investigadors Samuel Sánchez, Maria Guix i Judith Fuentes (Foto: IBEC).

Robots biològics amb capacitats d’autoentrenament 

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 viu de robòtica tova.

Biobots que neden com els peixos a una velocitat sense precedents

A més de la capacitat de “autoentrenament“, el biobot basat en cèl·lules de múscul esquelètic desenvolupat per investigadors de l’IBEC es mouen a velocitats 791 vegades més ràpides que els biobots basats en cèl·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 Samuel Sánchez, Maria Guix – investigadora postdoctoral a l’IBEC i primera autora de l’article- i els seus col·laboradors 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.

» 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

» Més informació: web de l’IBEC [+]