Microrobot modular 3D, llamado Smartlet, que se sienta en una punta de los dedos. Crédito: Jacob Müller
En un paso importante hacia los sistemas microrobóticos inteligentes y colaborativos, los investigadores del Centro de Investigación de Materiales, Arquitecturas e Integración de Nanomembranas (principales) en la Universidad de Tecnología de Chemnitz han desarrollado una nueva generación de microrobots autónomos: Smartlets Terred, que pueden comunicarse, responder y trabajar juntos en entornos acuosos.
Estos pequeños dispositivos, cada uno de solo un milímetro de tamaño, están completamente integrados con la electrónica a bordo, los sensores, los actuadores y los sistemas de energía. Son capaces de recibir y transmitir señales ópticas, responder a los estímulos con movimiento e intercambiar información con otros microrobots en su vecindad.
Los hallazgos se publican en Science Robotics, en un artículo titulado “Microrobots modulares 3D controlados por Chiplet SI con comunicación inteligente en entornos acuosos naturales“
A diferencia de las generaciones anteriores de microrobots que se basaban en configuraciones de control inalámbricas mucho más grandes para mitigar la funcionalidad limitada a bordo, los microrobots Smartlet se alimentan con células fotovoltaicas integradas, controlados por pequeños microcipes y capaces de comunicación óptica a través de micro-LED y fotodiodos embebidos.
“Por primera vez, demostramos una plataforma microrobótica autónoma que no solo siente y se mueve en el agua, sino que también interactúa con otros microrobots de una manera totalmente programable y autónoma”, explica el profesor Oliver G. Schmidt, uno de los autores correspondientes del estudio y director científico de Main.
Crédito: Universidad Tecnológica de Chemnitz
Los microrobots se construyen utilizando un enfoque flexible inspirado en origami, basado en materiales estampados de multicapa inteligentes, lo que permite que el sistema electrónico plano enrolle y se dobla de manera autónoma en un pequeño cubo 3D hueco adornado con desplazamiento, con funcionalidad interior y exterior. Esto abre el espacio de superficie adicional necesario para cada cubo para transportar su propia cosechadora de energía solar, lógica computacional y un sistema de señalización óptica, además de interactuar con caras externas y locomoción a bordo.
Cuando se sumergen en el agua, estos SmartLets pueden moverse hacia arriba y hacia abajo por las fuerzas de flotabilidad creadas por motores generadores de burbujas que llenan el interior hueco de Smartlet con gas. También pueden emitir pulsos de señales ópticas para transmitir instrucciones a otros Smartlets cercanos.
Esta configuración permite interacciones multio-robóticas en el agua, incluido el movimiento impulsado por estímulos, la sincronización y la coordinación entre múltiples smartlets. Por ejemplo, cuando una unidad recibe una señal de luz, puede decodificar la información utilizando su procesador integrado, desencadenando un movimiento o comportamiento coordinado en otros.
“La idea de usar la luz como energía e información abre una forma compacta y escalable de crear sistemas robóticos distribuidos”, agrega el Dr. Vineeth Bandari, autor de autores y líder de investigación de correspondencia en Main.
Ilustración esquemática de la secuencia de fabricación de Smartlet. Crédito: Tu Chemnitz / Main
Una de las innovaciones clave se encuentra en el uso de SmartLets de un “bucle de comunicación inalámbrico” que no requiere cámaras, imanes o antenas externas.
Los mensajes ópticos se interpretan localmente en cada robot utilizando lógica codificada a medida almacenada en sus microchips. Los SmartLets utilizan un innovador enlace suave a las películas de origami para unir chiplets de silicio microscópicos personalizados, llamados Lablets, que se desarrollaron en un proyecto anterior dirigido por el Prof. Dr. John McCaskill, un autor y miembro de Main. Esto permite el control y la colaboración descentralizados, una base esencial para crear colectivos robóticos que se comporten de una manera coordinada pero flexible.
Más allá del laboratorio, las posibles aplicaciones de tales microrobots son de amplio alcance. Debido a que no están atentos, biocompatibles y pueden responder a las señales ambientales, estos dispositivos podrían algún día ayudar en tareas como monitorear la calidad del agua, realizar diagnósticos médicos mínimamente invasivos o investigar entornos biológicos confinados.
Su capacidad para formar colonias interactivas y sensibles al estímulo también podría usarse en robótica blanda, sistemas de inspección autónomos o redes de detección distribuida.
El Dr. Yeji Lee, coautor y especialista en microfabricación activa de múltiples capas, cuya recientemente completó Ph.D. La investigación proporcionó contribuciones vitales, enfatiza que este trabajo es solo el comienzo. “Estamos explorando formas de aumentar aún más la autonomía agregando módulos de detección química y acústica. Estos SmartLets podrían evolucionar a plataformas multifuncionales que sienten, actúan y se adaptan en entornos fluídicos complejos”.
Mirando hacia el futuro, el equipo imagina la evolución progresiva de estos microrobots en sistemas dinámicos que se asemejan a colonias de organismos digitales. Al igual que los zooides en animales coloniales como los siphonóforos, cada Smartlet puede cumplir una función especializada: sensación, comunicación, mudanza) y juntos forman un organismo robótico emergente.
“Todavía estamos lejos de crear una vida artificial”, advierte el profesor John McCaskill, quien fue director fundador del Centro Europeo de Tecnología Viviente en Venecia, “pero estamos comenzando a ver cómo la inteligencia distribuida y el hardware modular pueden construir sistemas que comienzan a reflejar los comportamientos adaptativos y comunicativos de los colectivos de vida”.
Al construir tales microrobots comunicativos y autónomos, el equipo de Chemnitz no solo aborda los desafíos fundamentales en microrobóticos, sino que también establece las bases para sistemas futuros que operan, evolucionan y tal vez incluso autoorganizan las gotas de agua inicio, los andamios de tejidos o los ecosistemas miniaturos.
Más información: Yeji Lee et al, microrobots modulares 3D controlados por Chiplet SI con comunicación inteligente en entornos acuosos naturales, Science Robotics (2025). Doi: 10.1126/scirobotics.adu6007
Proporcionado por la Universidad Tecnológica de Chemnitz
Cita: los microrobots inteligentes aprenden a comunicarse y colaborar en agua (2025, 22 de agosto) Recuperado el 22 de agosto de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-08-smart-microrobots-communicate-collaborate.html
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