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Estos nuevos microbots se abrirán camino a través de tu cuerpo

Estos nuevos microbots se abrirán camino a través de tu cuerpo

Colocar un microbot en un cuerpo humano con una batería podría pasar de ser un dispositivo útil a una situación peligrosa si el robot dejara de funcionar. Pero, ¿y si pudiera eliminar por completo las baterías y los motores? En los últimos años, los científicos han estado perfeccionando microrobots controlados magnéticamente. Pero controlar varios robots dentro del mismo campo magnético ha demostrado ser un desafío bastante difícil. Ahora, un equipo de ingenieros anunció recientemente que crearon un dispositivo magnético que puede operar microbots de forma independiente, a pesar de estar bajo el mismo campo magnético.

En el futuro, la tecnología podría ayudar en operaciones donde se requieran muchos microbots. Juntos, podrán proporcionar operaciones terapéuticas no invasivas y permitirán sistemas de administración local de fármacos o implantes médicos más precisos.

[Fuente de imagen: IEEE Spectrum a través de Youtube]

El reto

Existe un problema inherente al control de robots con imanes. Los campos magnéticos que controlan los robots influyen en los movimientos de la misma forma. Aunque los enjambres se ven geniales cuando operan al unísono, controlarlos de forma independiente es una tarea difícil. Actualmente, existen algunos métodos en los que los componentes individuales se pueden controlar de forma independiente cercael uno al otro. Pero hasta ahora, no ha habido un método eficiente que pueda selectivamente operar componentes que son justo al ladoEl uno al otro.

Dado que uno de los usos principales será la asistencia en aplicaciones médicas, los robots deberán navegar de forma independiente a través de los pequeños canales y pasajes dentro del cuerpo humano. Para muchas operaciones, una sola micromáquina no lo cortará.

La tarea ha sido desconcertante durante muchos años, hasta ahora. Los investigadores publicaron recientemente un artículo que describe un nuevo sistema magnético que puede controlar selectivamente microbots idénticos que son simplemente milimetros aparte dentro del mismo campo magnético.

Diseñar un sistema para superar el problema

En lugar de utilizar pequeños robots con sistemas autónomos de propulsión y navegación, los robots confían en una solución notablemente más elemental; un robot que se alimenta de forma remota mediante magnetismo. La tecnología para alterar los componentes dentro de un campo magnético existe desde hace bastante tiempo. Sin la necesidad de un sistema de energía directa y controles mecánicos, los robots pueden hacerse mucho más pequeños.

En lugar de una batería y un motor tradicionales, los robots accionados magnéticamente se basan únicamente en el magnetismo para la propulsión y la manipulación. Los robots pueden estar hechos de componentes mucho menos peligrosos. Sin embargo, al mismo tiempo, aún pueden navegar con tanta o más precisión que los robots que funcionan con baterías.

Anteriormente, todo el robot estaba encerrado en una capa magnética que altera la posición del robot. Sin embargo, el problema sigue siendo cómo controlar los robots individualmente. Sin una conexión física, cada microbot recibe una entrada similar y actuará de la misma manera. Para combatir el problema, los investigadores Jürgen Rahmer, Christian Stehning y Bernhard Gleich desarrollaron un nuevo generador de campo magnético que puede operar selectivamente microbots individuales o componentes específicos, incluso dentro del mismo campo.

Control individual de microbots

Hay dos formas de controlar diferentes microrobots dentro de un mismo campo. Uno, podría construir componentes de diferentes tamaños que actuarían de manera diferente en un campo magnético dado. Por supuesto, sería difícil crear enjambres más grandes y la entrada magnética tendría que ser bastante compleja. Alternativamente, como describen los artículos de los investigadores, existe una técnica que utiliza campos magnéticos para interactuar selectivamente con componentes específicos.

La técnica es realmente fascinante. La forma en que los investigadores controlan los componentes selectivos no es apuntar a los objetos con una entrada magnética. Más bien, las partes que deben moverse están rodeadas en un agujero de campo magnético en forma de rosquilla, conocido como punto de campo libre (FFP). En el centro de múltiples bobinas magnéticas alineadas, los campos se encuentran y crean un gradiente de campo bajo. En lugar de apuntar a las partes que deberían moverse, el campo magnético ejerce una fuerza sobre todas las partes que deberían moverse. no moverse. Todo lo que no esté dentro del FFP está "bloqueado" en su lugar por el gradiente de campo más alto. Luego, al introducir un campo magnético giratorio suave, las cosas dentro (y solo dentro) del FFP rotarán.

Cómo girar piezas en diferentes direcciones

Para que los tornillos giren de forma independiente, los que deben moverse deben estar dentro del FFP. Los tornillos que están fuera del FFP reciben una fuerza magnética que los inclina hacia los lados, impidiendo que giren, creando el "bloqueo". En el centro, el campo magnético no inclina el tornillo, dejándolo libre para girar en su lugar por otro campo magnético. La tecnología todavía está bastante lejos de poder implementarla en una situación de la vida real, pero es una tecnología impresionante. Sin embargo, los científicos pudieron accionar los tornillos individualmente tan cerca como 3 milímetrosaparte. Una vez que la tecnología evoluciona, es posible que pueda controlar componentes que están aún más cerca.

Una Maxwell Coil [izquierda], esencialmente un conjunto de bobinas ortogonales (representadas por anillos) crea el FFP alrededor de los microrobots. El dispositivo produce un campo magnético [Derecha] con una magnitud cercana a cero en el centro. [Fuente de imagen:Yasutoshi Ishihara, Tsuyoshi Kuwabara y Naoki Wadamori]

Aplicaciones futuras

La activación individual de componentes específicos es una tecnología increíblemente útil. Con él se pueden fabricar bombas mecánicas que no acercan la electricidad al fluido interior. En cambio, un mecanismo externo podría operar individualmente un sistema de bombas eligiendo qué bombas girar y cuáles "bloquear". Las bombas también funcionarían como válvula, dando la opción de desviar o detener el flujo por completo. Mientras tanto, ningún componente peligroso entraría en contacto con el fluido.

Usando el método anterior, un microbot se puede hacer increíblemente pequeño con paquetes de energía y motores, ya que su tamaño no tiene que tenerse en cuenta como una restricción. En el futuro, el sistema podría potencialmente controlar robots más complejos que pueden realizar una tarea específica. El sistema será especialmente útil en el tratamiento de tumores. Con el método, los robots que ingresan al cuerpo tendrían mecanismos de conmutación que se activan de forma independiente. Los robots podrían llevar medicina radiactiva u otras cápsulas al torrente sanguíneo. Sin embargo, el dispositivo de activación se colocaría solo sobre el tumor. Luego, una vez que todos los demás robots se eliminan, solo los que están dentro del campo magnético del dispositivo liberarían las cápsulas.

La nueva tecnología dará a los futuros robots controlados magnéticamente un nuevo nivel de libertad. Pronto, microbots más pequeños y complejos podrán realizar operaciones dentro del cuerpo con gran precisión pero sin necesidad de materiales peligrosos. La tecnología está muy lejos, sin embargo, el progreso que se realiza todos los días solo hace que sea cuestión de tiempo antes de que los robots accionados magnéticamente alcancen un nivel de complejidad que los haga aplicables en el mundo real.

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Escrito por Maverick Baker

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