Los robots del tamaño de la punta de los dedos están preparados para convertirse en los futuros salvavidas de la medicina
Robots diminutos para acercar la sanidad a la administración de fármacos con precisión
Si alguna vez ha ingerido la misma pastilla redonda con la esperanza de curarse de todo, desde calambres de estómago hasta dolores de cabeza, ya sabe que los medicamentos no siempre están diseñados para tratar puntos de dolor precisos. Mientras que las píldoras de venta libre han curado muchas dolencias durante décadas, los investigadores biomédicos sólo han empezado a explorar recientemente formas de mejorar la administración de fármacos dirigidos al tratamiento de afecciones médicas más complicadas, como las enfermedades cardiovasculares o el cáncer.
Milrobot de papiroflexia con propulsión giratoria.
Zhao Lab
Una innovación prometedora en este campo de la biomedicina es el milirobot. Estos robots, del tamaño de la punta de un dedo, están llamados a convertirse en los futuros salvavidas de la medicina: pueden arrastrarse, girar y nadar para entrar en espacios estrechos en su misión de investigar el funcionamiento interno o dispensar medicamentos.
La ingeniera mecánica de la Universidad de Stanford, Renee Zhao, lidera la investigación en este campo y trabaja en el diseño de varios milirobots a la vez, incluido un robot reptante magnético, que recientemente se abrió paso a través de un estómago en la portada de Science Advances. Impulsados por campos magnéticos -que permiten un movimiento continuo y pueden aplicarse instantáneamente para generar torsión y cambiar la forma en que se mueven los robots-, sus robots pueden autoseleccionar diferentes estados de locomoción y superar obstáculos en el cuerpo. Con sólo cambiar la fuerza y la orientación del campo magnético, el equipo de Zhao puede hacer que el robot navegue por el cuerpo a distancias en un solo salto que son 10 veces la longitud del robot.
Un aspecto clave de su investigación, el accionamiento magnético también proporciona un control sin ataduras para un funcionamiento no invasivo y separa la unidad de control del dispositivo para permitir su miniaturización. Zhao dijo que su robot más reciente, publicado este mes en Nature Communications, es "el robot sin ataduras más robusto y multifuncional que hemos desarrollado".
Este nuevo "milirobot anfibio inalámbrico de origami que gira" es tan multifuncional como su nombre indica. Se trata de una unidad elegantemente concebida que puede desplazarse con rapidez por las superficies resbaladizas e irregulares de un órgano y nadar por los fluidos corporales, impulsándose de forma inalámbrica mientras transporta medicamentos líquidos. A diferencia de las píldoras que se tragan o los líquidos que se inyectan, este robot retiene el medicamento hasta que "llega al objetivo y entonces libera un fármaco de alta concentración", explica Zhao, que es profesor adjunto de ingeniería mecánica. "Así es como nuestro robot consigue la administración selectiva de fármacos".
Reformulación de la administración de fármacos
Según Zhao, lo innovador de este robot anfibio en particular es que va más allá de los diseños de la mayoría de los robots basados en el origami, que sólo utilizan la capacidad de plegado del origami para controlar la forma en que un robot se transforma y se mueve.
Además de estudiar cómo el plegado podría permitir al robot realizar ciertas acciones -imagina un pliegue de acordeón que exprime medicamentos-, el equipo de Zhao también consideró cómo las dimensiones de la forma exacta de cada pliegue influían en el movimiento rígido del robot cuando no estaba plegado. Como resultado, la forma desplegada del robot se presta intrínsecamente a la propulsión a través del entorno. Estas consideraciones tan amplias permitieron a los investigadores sacar más partido a los materiales sin añadir volumen, y en el mundo de Zhao, cuanta más funcionalidad se consiga de una sola estructura dentro del diseño del robot, menos invasivo será el procedimiento médico.
Otro aspecto único del diseño del robot es la combinación de ciertas características geométricas. Un orificio longitudinal en el centro del robot y unas hendiduras laterales en ángulo hacia arriba reducen la resistencia al agua y ayudan al robot a nadar mejor. "Este diseño induce una presión negativa en el robot para que nade con rapidez y, al mismo tiempo, proporciona succión para la recogida y el transporte de la carga", explica Zhao. "Aprovechamos al máximo las características geométricas de este pequeño robot y exploramos esa única estructura para diferentes aplicaciones y para diferentes funciones".
Basándose en conversaciones con expertos del Departamento de Medicina de Stanford, el laboratorio de Zhao está estudiando cómo mejorar los tratamientos y procedimientos actuales mediante la creación de nuevas tecnologías. Si este trabajo sigue el camino de Zhao, sus robots no sólo proporcionarán una forma práctica de dispensar medicamentos de forma eficaz, sino que también podrían utilizarse para transportar instrumentos o cámaras dentro del cuerpo, cambiando la forma en que los médicos examinan a los pacientes. El equipo también está trabajando en el uso de imágenes de ultrasonido para seguir el camino de los robots, eliminando la necesidad de abrir órganos.
Cuanto más pequeño y sencillo, mejor
Aunque no veremos milirobots como el de Zhao en entornos sanitarios reales hasta que no se sepa más sobre el diseño óptimo y las mejores prácticas de obtención de imágenes, el primer nadador del laboratorio que se publica en Nature Communications es uno de sus robots más avanzados. Actualmente se encuentra en las fases de prueba que preceden a cualquier ensayo en animales vivos que preceda a los ensayos clínicos en humanos.
Mientras tanto, el equipo de Zhao sigue combinando diversos materiales y estructuras inteligentes novedosos en diseños únicos que, en última instancia, forman nuevos dispositivos biomédicos. También tiene previsto seguir reduciendo sus robots para avanzar en la investigación biomédica a microescala.
Como ingeniera, Zhao se esfuerza por desarrollar las estructuras más sencillas con la mayor funcionalidad. Su robot anfibio es un ejemplo de esta misión, ya que inspiró a su equipo a tener más en cuenta características geométricas a las que no suelen dar prioridad otros investigadores de robots de origami. "Empezamos a estudiar cómo funcionan todos estos elementos en paralelo", explica Zhao. "Este es un punto muy singular de este trabajo, y también tiene una amplia aplicación potencial en el campo biomédico".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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