La mayor mano biohíbrida del mundo es impulsada por músculos humanos
El campo de investigación de los robots biohíbridos combina tejidos biológicos y materiales artificiales. Como utilizan tejidos vivos como músculos, piel y nervios, llaman la atención por su flexibilidad y su capacidad de autorreparación, características de las que carecen los robots mecánicos convencionales.
Sin embargo, los robots biohíbridos convencionales se limitan a crear estructuras sencillas de aproximadamente 1 cm de longitud y solamente pueden accionar una única articulación o bisagra. En este contexto, un equipo de investigación conjunto de la Universidad de Tokio y la Universidad de Waseda ha desarrollado una mano biohíbrida de 18 cm de longitud que puede mover individualmente sus dedos articulados. Es el robot biohíbrido más grande del mundo desarrollado hasta la fecha.
Los tendones se construyen uno a uno enrollando y agrupando tejido muscular fino cultivado en líquido como si fueran rollos de sushi. «Esto nos ha permitido superar el mayor reto de mejorar la fuerza de contracción muscular y la distancia de contracción», explica Masaharu Takeuchi, profesor de la Escuela de Postgrado de Ciencia y Tecnología de la Información de la Universidad de Tokio.
Takeuchi y su equipo de investigación, del que forma parte Yuya Morimoto, profesor asociado de la Escuela de Ciencias Fundamentales e Ingeniería de la Facultad de Ciencias e Ingeniería de la Universidad de Waseda, desarrollaron un dispositivo de accionamiento denominado actuador de tejido muscular múltiple (MuMuTA), que agrupa varios tejidos musculares finos para realizar una compleja estructura multiarticular. La mejora de la fuerza contráctil y la distancia de contracción permitió realizar movimientos complejos con los dedos, como gestos con las manos y manipulación de objetos, que no eran posibles con los robots biohíbridos convencionales.
Al igual que una mano real, la máquina también «se cansa».
El desarrollo de robots biohíbridos utiliza un dispositivo de accionamiento denominado «actuador de tejido muscular», que funciona por contracción del tejido muscular mediante estimulación eléctrica y química. Para mover estructuras grandes y complejas, se necesitan actuadores musculares con mayor potencia y distancias de contracción más largas. Sin embargo, esto crea el problema de que si los músculos se hacen más gruesos, no se nutre suficientemente todo el tejido, lo que provoca necrosis celular en el centro.
Por ello, el equipo de investigación desarrolló MuMuTA, que agrupa múltiples tejidos musculares humanos cultivados para que funcionen como un gran músculo, y lo utilizó como sistema de accionamiento de la mano biohíbrida. Esto no solamente mantiene el suministro nutricional a cada tejido y evita la necrosis, sino que también mejora la orientación de las fibras musculares al adelgazar el tejido.
MuMuTA se contrae aplicando electricidad a un cable impermeable conectado. Tiene una fuerza de contracción de unos 8 mN (mili-Newton) y un índice de contracción de alrededor del 13%, lo que lo hace más potente que los actuadores musculares convencionales.