Una imagen óptica del robot biohribrido, hecha con andamio de polímero, tejido muscular esquelético, neuronas y un chip de microelectrónica inalámbrica. Crédito: Min et al.
Se sabe que los movimientos corporales realizados por humanos y otros animales son apoyados por varios mecanismos biológicos y neurales intrincados. Si bien los robotistas han estado tratando de desarrollar sistemas que emulen estos mecanismos durante décadas, los procesos que impulsan los movimientos de estos sistemas siguen siendo muy diferentes.
Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, Northwestern University y otros institutos desarrollaron recientemente nuevos robots biohbridos que combinan células vivas de ratones con estructuras de hidrogel impresas en 3D con optoelectrónica inalámbrica.
Estos robots, presentados en un papel Publicado en Science Robotics, tienen uniones neuromusculares donde las neuronas pueden controlarse utilizando técnicas optogenéticas, emulando los mecanismos neurales que apoyan los movimientos humanos.
“Este documento es un siguiente paso importante en nuestro trabajo sobre robótica biohbrida que abarca en los últimos 15 años”, dijo el Dr. Rashid Bashir, autor senior del documento y profesor de bioingeniería y también decano del Grainger College of Engineering de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, dijo a Tech Xplore.
“Demostramos el hito importante del uso de neuronas para controlar los músculos y, por lo tanto, el movimiento de estos robots biohíbridos que se arrastran”.
En los humanos, el cerebro controla el movimiento voluntario de las partes específicas del cuerpo. Específicamente, se sabe que las neuronas controlan los músculos, generando una fuerza que provoca actuación y movimiento.
El Dr. Bashir y sus colegas han estado tratando de reproducir este proceso fisiológico crucial en los robots biohibridos en miniatura.
“Otro objetivo de nuestro estudio fue demostrar que podríamos estimular y entrenar ópticamente el tejido neural, utilizando microleds inalámbricos a bordo desarrollados por el Prof. John Rogers Group en la Universidad Northwestern, para cambiar la velocidad del movimiento de los robots biohribridos”, dijo Bashir.
Los robots biohribridos desarrollados por los investigadores se basan en un andamio de polímero que se puede fabricar fácilmente utilizando tecnología de impresión 3D. Este andamio se diseñó cuidadosamente utilizando métodos avanzados de modelado y simulación del grupo del Prof. Yonggang Hwang en la Universidad Northwestern.
Luego, el equipo mejoró el andamio basado en polímeros al cultivar tejidos musculares biológicos a su alrededor utilizando métodos de ingeniería de tejidos biohíbridos.
Esencialmente, diferenciaron las células madre de los ratones a las neuronas motoras y las sembraron en las estructuras impresas en 3D, que tenían tejidos musculares también diferenciados y cultivados usando medios ricos en nutrientes para impulsar su proliferación y la formación de la unión neuromuscular.
Esquema que muestra los componentes del dispositivo final: el actuador biológico neuromuscular, el andamio impreso en 3D y la optoelectrónica inalámbrica. Crédito: Min et al.
“Los músculos vivos se contraen en un estímulo (eléctrico, óptico o desde una neurona) y si el andamio se diseña adecuadamente, los robots se mueven en una dirección específica”, explicó Bashir.
“El amplio interés y las razones para desarrollar estas máquinas vivos es aprender las reglas de diseño para máquinas biohbridas y células vivas y potencialmente utilizar las ventajas como la biodegradabilidad, el bajo consumo de energía, el aprendizaje y las propiedades emergentes”.
El reciente estudio de Bashir y sus colegas pronto podría inspirar a otros robotistas y genetistas a crear sistemas robóticos biohibrales similares. En el futuro, estos sistemas podrían resultar útiles para el estudio de los procesos motores, para la finalización de varias tareas en entornos biológicos o para aplicaciones de medicina regenerativa.
“Nuestro trabajo podría abrir un camino a la creación de máquinas biológicas con tejidos neuronales que pueden aprender, adaptarse y responder a los estímulos”, agregó Bashir.
“Ahora nos gustaría continuar nuestro trabajo para diseñar en funcionalidades de orden superior, como el aprendizaje, la memoria y la toma de decisiones sobre los estímulos externos. Planeamos diseñar formas de movimiento más complejas, como el movimiento bidireccional y los movimientos sobre los obstáculos”.
Escrito para usted por nuestro autor Ingrid Fadellieditado por Sadie Harleyy verificado y revisado por Robert Egan—Este artículo es el resultado de un trabajo humano cuidadoso. Confiamos en lectores como usted para mantener vivo el periodismo científico independiente. Si este informe le importa, considere un donación (especialmente mensual). Obtendrá una cuenta sin anuncios como agradecimiento.
Más información: Hyegi Min et al, Actuación neuromuscular optogenética de un robot biohíbrido electrónico en miniatura, Science Robotics (2025). Doi: 10.1126/scirobotics.adu5830.
© 2025 Science X Network
Cita: los rastreadores biohribridos se pueden controlar utilizando técnicas optogenéticas (2025, 16 de septiembre) recuperados el 16 de septiembre de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-09-biohibrid-crawlers-optogeneticniques.html
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