El equipo del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón ha desarrollado una estrategia compatible con la impresión 3D para activar robots a escala milimétrica con músculos artificiales utilizando maquinaria biomolecular modificada genéticamente.

Las células de las formas de vida contienen una serie de complicados compuestos llamados motores moleculares. Estas máquinas biológicas son pertinentes para tipos de movimiento en los sistemas vivos, como el transporte de proteínas en una sola célula hasta la contracción macroscópica de los tejidos musculares.

En la intersección de la robótica y la nanotecnología se encuentra el difícil objetivo de descubrir cómo aprovechar la acción de los motores moleculares para realizar tareas de mayor envergadura de forma controlada.

«Hasta ahora, aunque los investigadores han encontrado formas de ampliar la acción colectiva de las redes de motores moleculares para mostrar una contracción macroscópica, sigue siendo difícil integrar dichas redes de forma eficiente en máquinas reales y generar fuerzas lo suficientemente grandes como para accionar componentes a macroescala», comentó el profesor asociado Yuichi Hiratsuka, del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón.

En colaboración con el profesor asociado Takahiro Nitta, de la Universidad de Gifu, y el profesor Keisuke Morishima, de la Universidad de Osaka, Hiratsuka ha logrado avances en este sentido.

En un estudio publicado en Nature Materials, los investigadores describen la construcción de un actuador accionado por dos motores biomoleculares modificados genéticamente.

Una característica significativa de este método es que el actuador se autoensambla a partir de las proteínas básicas mediante una simple irradiación de luz. Apenas unos segundos después de que la luz incida en una zona determinada, las proteínas motoras adyacentes se fusionan con unas proteínas similares a rieles llamadas microtúbulos y se ensamblan en una estructura macroscópica jerárquica que se asemeja a las fibras musculares.

Una vez formados alrededor de la zona objetivo, estos «músculos artificiales» se contraen y la fuerza colectiva de las proteínas motoras se amplía de una escala molecular a una milimétrica.

Con sus experimentos, los investigadores destacaron que esta técnica podría tener aplicaciones en la robótica a pequeña escala, como la activación de pinzas microscópicas para manipular muestras biológicas. Además, la tecnología podría utilizarse para unir componentes separados o para alimentar brazos robóticos minimalistas para crear un microrobot que se arrastre como un insecto.

El método desarrollado por el equipo también es compatible con los métodos de impresión 3D que utilizan la luz. Esto significa que los microrobots con músculos artificiales incorporados podrían imprimirse en 3D, lo que significa que podrían producirse en masa.

«En el futuro, nuestro actuador imprimible podría convertirse en la tan necesaria ‘tinta de actuador’ para la impresión 3D sin fisuras de robots completos. Creemos que una tinta basada en biomoléculas de este tipo puede hacer avanzar la frontera de la robótica al permitir la impresión de componentes óseos y musculares complejos necesarios para que los robots se parezcan más a los seres vivos», añadió Hiratsuka.