Newsletter DPT Nro. 92/94 - Enero/Marzo
ISSN 2618-236X
Enero-Marzo / 2024
NOTICIAS CIENTIFICAS
NOTICIAS CIENTIFICAS INTERNACIONALES
Robótica con inspiración biológica
Casos de biomorfismo, bioutilización y biomimesis
Diversos diseños robóticos se inspiran en animales y vegetales para adecuarse a sus respectivos propósitos y entornos. La relación entre los diseños robóticos y los sistemas biológicos comprende 3 categorías conceptuales:
(a) Biomorfismo: Diseños robóticos que imitan determinadas características físicas y funcionales de organismos vivos; por ejemplo, robots humanoides o cuadrúpedos.
(b) Bioutilización: Diseños robóticos que utilizan material biológico u organismos vivos.
(c) Biomímesis: Diseños robóticos que aportan soluciones sostenibles a determinados problemas con base en el estudio y emulación de características y estrategias funcionales de organismos vivos.
La presente reseña comprende veintiún (21) artículos que aportan ejemplos de biomorfismo, bioutilización y biomimesis. Con relación al biomorfismo, el primer artículo (1) presenta al robot humanoide Optimus Gen 2, mientras que el segundo (2) trata sobre robots cuadrúpedos y sus posibles aplicaciones. En materia de bioutilización, el tercero (3) se refiere al uso de organoides como robots vivientes. El cuarto (4) trata sobre un hardware que integra tejido cerebral humano con circuitos electrónicos. En el quinto (5) se caracteriza a “Biocomputer”, una máquina híbrida que combina organoides cerebrales con circuitos electrónicos. El sexto (6) trata sobre robots híbridos integrados por músculos y componentes robóticos. El séptimo (7) se refiere al uso de nanorrobots autopropulsados para tratamientos contra tumores de vejiga. El octavo (8) trata sobre el uso de organismos vivos completos como efectores finales de robots. En materia de biomimesis, en el noveno (9) se describen robots que emulan características de plantas enredaderas-trepadoras. El décimo (10) focaliza en robots inspirados en ofidios. El decimoprimero (11) trata sobre robots inspirados en insectos. El decimosegundo (12) focaliza en la ingeniería de la vertiginosa movilidad de ciertos insectos acuáticos. En el decimotercero (13) se aborda la modelación mecánica de la conducta natatoria del krill. El decimocuarto (14) trata sobre un robot oceánico para descubrimiento y descripción de vida marina. En el decimoquinto (15) se describe una aguja robótica que navega a través del cuerpo para cumplir su objetivo. El decimosexto (16) trata sobre robots magnéticos con movilidad amplia y precisa. En el decimoséptimo (17) se describen robots con adaptabilidad inmediata y continua a entornos complejos no estructurados. En el decimoctavo (18) se caracteriza a un robot blando inteligente y autónomo. El decimonoveno (19) se refiere a un catéter robótico helicoidal flexible para tratar obstrucciones vasculares, y particularmente casos de accidente cerebrovascular isquémico agudo. En el vigésimo (20) se describe una mano robótica que ayuda a pacientes afectados por neurotrauma a reaprender a ejecutar melodías en piano (modelo aplicable a diversas tareas manuales que requieren destreza. En el vigesimoprimero (21) se informa sobre un robot quirúrgico que -operado desde la Tierra- ejecutó el primer experimento de cirugía simulada en la Estación Espacial Internacional.
(A) BIOMORFISMO
1.- Robots humanoides (ejemplo: Optimus Gen 2) (1.1) (1.2.)
Elon Musk, director ejecutivo de Tesla, exhibió un nuevo video de Optimus, el prototipo de robot humanoide con movilidad potenciada que viene desarrollando con su compañía de vehículos eléctricos. La máquina mide 1.70 metros de altura y pesa 54 kilogramos. La versión más desarrollada (“Optimus Gen 2”), presentada en diciembre de 2023, muestra un diseño compacto y eficiente en cuanto a ejecución de movimientos suaves de sus manos, pies, cuello y estructura corporal, para realizar tareas complejas, pero también -con inteligencia artificial- para aprender y adaptarse a nuevos entornos y situaciones.
Musk proyecta el lanzamiento comercial del robot para el próximo año. La competencia en el campo de la robótica avanza velozmente con empresas como Figure AI, Apptronik y Agility Robotics, esta última colaborando activamente con Amazon en la implementación de androides en sus almacenes.
2.- Segundo artículo: Robots cuadrúpedos (2)
Los robots cuadrúpedos reúnen características físicas y de software que les permiten operar en entornos no estructurados y totalmente dinámicos. Su diseño, ideado para desplazarse con cargas a través de terrenos irregulares, imita a los animales de cuatro patas. Por otra parte, su software funciona como una especie de sistema nervioso que les permite adaptarse en tiempo real al entorno percibido; mantener el equilibrio, reaccionar a estímulos externos, adecuarse a variaciones de carga, sortear obstáculos etc. Suelen utilizarse, con modalidad remota, en entornos intrincados y peligrosos en industria, energía, construcción y defensa, en tareas de inspección, monitorización y vigilancia, así como de recolección sistemática de datos.
(B) BIOUTILIZACIÓN
3.- Tercer artículo: Organoides utilizados como robots vivientes (3.1.) (3.2.) (3.3.) (3.4.) (3.5.)
En la medicina del futuro, los robots moleculares construidos a partir de las propias células del paciente podrían detectar cáncer, reparar tejido lesionado o eliminar placa en vasos sanguíneos. En el artículo aquí reseñado, el biólogo del desarrollo Michael Levin de la Universidad Tufts en Medford (Massachusetts, EE.UU) y su equipo describen cómo desarrollaron pequeños robots (“antrobots”) autoensamblables y señalan su potencial terapéutico en medicina personalizada.
Levin y su equipo cultivaron esferoides de células traqueales humanas. Los antrobots resultantes desarrollaron pequeños cilios que pueden actuar como remos. permitiéndoles nadar en línea recta, en círculos o arcos, o caóticamente. Para probar el potencial terapéutico, colocaron varios antrobots en un recipiente pequeño. Allí se fusionaron espontáneamente constituyendo un “superrobot”, que los investigadores colocaron sobre una capa deteriorada de tejido neural. En 3 días, la capa afectada se curó por completo por la acción reparadora del superrobot. Los investigadores pueden mejorar el potencial de estos organoides modificando sus genomas para la ejecución de nuevas funciones deseadas.
El equipo de investigación cree que, en el futuro, los antropobots fabricados a partir del propio tejido de una persona podrían usarse para limpiar arterias, administrar medicamentos, y otras aplicaciones aún impredecibles. “Una vez que comprendamos lo que los colectivos celulares son capaces de hacer, podremos comenzar a controlarlos también para la medicina regenerativa, e incluso para que las extremidades perdidas puedan volver a crecer”, dice Levin.
4.- Cuarto artículo: Hardware que combina tejido cerebral humano con componentes electrónicos (4.1.) (4.2.)
Un equipo de investigadores de distintas instituciones (*) desarrolló un hardware informático que combina tejido cerebral humano con componentes electrónicos. Esta nueva tecnología (llamada “Brainoware”) utiliza organoides cerebrales. Los investigadores se comunican con los organoides utilizando diminutos electrodos y una red neuronal artificial llamada “computación en reservorio de organoides”. Si bien esta tecnología se halla aún en etapas tempranas de desarrollo, permite que el organoide aprenda y recuerde de manera independiente sin instrucciones explícitas, mostrando potencial para mejorar la inteligencia artificial. Si bien existen relevantes inquietudes éticas y desafíos, se considera crucial avanzar en este campo, ya que -además de mejorar la tecnología- ofrece oportunidades para comprender los misterios del cerebro humano.
(*) Department of Intelligent Systems Engineering, Indiana University Bloomington, Bloomington, IN, USA; Department of Industrial and Systems Engineering, University of Florida, Gainesville, FL, USA;: Center for Stem Cell & Organoid Medicine (CuSTOM) Division of Developmental Biology, Cincinnati Children’s Hospital Medical Center, Cincinnati, OH, USA; University of Cincinnati School of Medicine, Cincinnati, OH, USA; Center for Biomolecular Science, Department of Psychological and Brain Sciences, Indiana University Bloomington, Bloomington, IN, USA
5.- Quinto artículo: “Biocomputer”: máquina híbrida que combina organoides cerebrales, circuitos electrónicos y capacidades para inteligencia artificial (5.1.) (5.2.)
Dado que el hardware informático se basa en principios electrónicos digitales, exhibe diversas limitaciones para imitar la función cerebral. En el artículo aquí reseñado se presenta un enfoque de hardware de inteligencia artificial (IA) -denominado Brainoware- que utiliza redes neuronales de organoides cerebrales humanos (cerebroides) cultivados en laboratorio. Los procesos se ejecutan enviando y recibiendo información al/del cerebroide utilizando una matriz de múltiples electrodos de alta densidad. Al aplicar estimulación eléctrica espaciotemporal, se logran propiedades de memoria, así como un aprendizaje no supervisado a partir de datos de entrenamiento. El potencial práctico de esta técnica se ilustra usándola para el reconocimiento de voz y la predicción de ecuaciones no lineales. La investigación tuvo como objetivo construir un puente entre la IA y los organoides. En el artículo se describe: (a) cómo se dirigió el crecimiento de células madre humanas hacia cerebroides ricos en neuronas, (b) cómo se insertó un “cerebroide” en un chip electrónico que contenía miles de electrodos, (c) cómo se conectó el sistema a un programa de aprendizaje automático, creando así una “biocomputadora” híbrida, (d) cómo, cuando se estimuló al sistema con pulsos eléctricos, el cerebroide respondió formando nuevas conexiones neuronales, (e) cómo un programa de IA decodificó las señales eléctricas procesadas por esas conexiones a medida que el cerebroide las recibía/emitía, y (f).cómo el sistema fue capaz de procesar información, realizar tareas computacionales simples e incluso exhibir una capacidad limitada para el reconocimiento de voz. Según los autores, Brainoware muestra, por primera vez, que un organoide cerebral pueden realizar tareas computacionales relativamente complejas. Esta tecnología podría abrir la puerta a una nueva generación de IA que imite mejor la flexibilidad y la eficiencia energética del cerebro humano. Se contempla la posibilidad de utilizarlo para modelar y estudiar trastornos neurológicos, así como para probar los efectos y toxicidades de diferentes tratamientos.
6.- Sexto artículo: Robots híbridos integrados por músculos y componentes robóticos (6.1.) (6.2.)
Varios robots biohíbridos (que combinan tejido vivo con materiales robóticos) pueden sortear obstáculos, arrastrarse y nadar fluidamente, siempre que transiten en línea recta, mientras que el giro plantea un auténtico desafío. En el artículo aquí reseñado, investigadores de las Universidades de Tokio y de Waseda (Japón) informan sobre el desarrollo de un robot biohíbrido bípedo que puede girar libremente
Las patas del nuevo robot están constituidas por elementos impresos en 3D con caucho flexible y tejido de músculo esquelético de rata cultivado en laboratorio. Al aplicar electricidad, el tejido muscular se contrae y el robot dá un paso adelante. Al activar contracciones alternas, el robot puede caminar, y puede realizar un giro de 90° al utilizar una pata como ancla mientras la otra continúa andando. Los investigadores señalan que, si bien la versión actual exhibe varias limitaciones, allana el camino para la creación de robots biohíbridos que se movilicen y maniobren suavemente y con precisión para operaciones de búsqueda y rescate o para explorar entornos inhóspitos en aguas profundas.
7.- Séptimo artículo: Nanorrobots autopropulsados para tratamientos contra tumores de vejiga
El cáncer de vejiga es el cuarto tumor más frecuente en los varones. Si bien su índice de mortalidad es relativamente bajo, exige un seguimiento continuo. Frente a la limitada eficacia de los tratamientos actuales, una alternativa prometedora es el uso de nanopartículas (nanorrobots) autopropulsables para aplicar agentes terapéuticos directamente al tumor.
En el artículo aquí reseñado un equipo de investigación liderado por el Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) y CIC biomaGUNE, en colaboración con el Instituto de Investigación Biomédica (IRB Barcelona) y la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB), describe el procedimiento para aplicar dosis de nanorrobots impulsados por urea. Estas nanomáquinas consisten en una esfera porosa de sílice cuya superficie contiene, entre diversos componentes con funciones específicas; la enzima ureasa, una proteína que reacciona con la urea de la orina y permite que la nanopartícula se autopropulse. Otro componente crucial es el yodo radiactivo, un radioisótopo utilizado habitualmente para el tratamiento localizado de tumores. Con una sola dosis, se observó -en ratones- una disminución del 90% del volumen tumoral, mientras que con los tratamientos actuales los pacientes suelen tener de 6 a 14 citas hospitalarias. El nuevo enfoque de tratamiento aumentaría la eficiencia, reduciría la duración de la hospitalización y los costes del tratamiento. El siguiente paso, que ya está en marcha, es determinar si estos tumores reaparecen tras el tratamiento.
La autopropulsión permite a los nanorrobots alcanzar todas las paredes de la vejiga, superando ventajosamente al procedimiento actual que exige al paciente cambiar de posición cada media hora para que el fármaco llegue a todas las paredes. Se observó asimismo que los nanorobots no sólo llegan al tumor, sino que penetran en él y se acumulan en su interior, potenciando así la acción del radiofármaco. Los resultados de este estudio abren la puerta al uso de otros radioisótopos con mayor capacidad de inducir efectos terapéuticos pero cuyo uso está restringido cuando se administran de forma sistémica.
La tecnología de estos nanorrobots, que Samuel Sánchez y su equipo llevan desarrollando hace más de 7 años, fue recientemente patentada y sirvió de base para la creación de Nanobots Therapeutics, una spin-off del IBEC e ICREA constituida en enero de 2023. que actúa como puente entre la investigación y la aplicación clínica.
8.- Octavo artículo: Uso de organismos vivos completos como efectores finales de robots (8.1.) (8.2.) (8.3.) (8.4.) (8.5.) (8.6.)
En robótica se denomina “efector final” al dispositivo terminal diseñado para interactuar físicamente con los objetos o con el entorno físico en sí mismo, utilizándose diversos tipos de extremidades como efectores finales para distintos usos.
En el artículo aquí reseñado, un equipo de investigadores de tres universidades japonesas (Yamagata, Tohoku y Keio) propone utilizar organismos vivos completos como efectores finales de robots. Se demuestra, por ejemplo, que cochinillas, quitones y otros moluscos marinos –ubicados como extremidades en brazos robóticos- pueden actuar como pinzas o ventosas funcionales. Se señala que este es el primer estudio que combina componentes robóticos con organismos vivos completos, y que el método preserva la vida y la integridad de los ejemplares utilizados, de manera que pueden ser liberados en la naturaleza después de su uso. El equipo utiliza impresión 3D para diseñar arneses y carcasas para sujetar a los organismos vivos para que puedan ejecutar las tareas previstas. En un comunicado de prensa, los investigadores dijeron: “Será de vital importancia hacer cumplir las normas y reglamentos de bioética, especialmente cuando se trate de animales con una cognición superior. Recomendamos precaución al manipular cualquier animal y evitar su sufrimiento tanto como sea posible”.
Los investigadores identifican diversas tareas potenciales para utilizar el reflejo de agarre y micromanipulación de distintos organismos, También imaginan dispositivos de agarre utilizando plantas carnívoras como la venus atrapamoscas y la drosera australiana. Asimismo, proyectan la expansión del concepto a otros organismos y aplicaciones.
(C) BIOMIMESIS
9.- Noveno artículo: Robot que crece como planta enredadera (9.1.) (9.2.) (9.3.)
Los robots con crecimiento autónomo son una solución emergente en robótica blanda para navegar, explorar y colonizar entornos no estructurados. Las plantas trepadoras, que han desarrollado recursos para explorar diversos hábitats ecológicos, son una fuente de inspiración para generar una clase de robots denominados “growbots” o “vine robots”.
En el artículo aquí reseñado se presenta un robot con crecimiento autónomo inspirado en las estrategias adaptativas de las plantas trepadoras para desarrollarse en entornos no estructurados. El robot imita el brote apical de dichas plantas para detectar -en el entorno específico- obstáculos, vacíos, puntos de anclaje y vías de acceso, así como coordinar el crecimiento adaptativo. Son especialmente prometedores para aplicaciones de exploración, monitoreo e interacción con entornos no estructurados o en la construcción autónoma de infraestructuras complejas. Equipado con sensores, mecanismos de dirección y una cámara, El “vine robot” (“robot parra”) puede navegar, con precisión y cuidado, por los intrincados caminos del cuerpo humano, facilitando diversos tratamientos médicos.
10.- Décimo artículo: Robots inspirados en ofidios (10.1.) (10.2.) (10.3.)
Desde hace mucho tiempo se vienen utilizando robots inspirados en ofidios para reparar tuberías y conductos. En el artículo aquí reseñado, un equipo dirigido por Jessica Burgner-Kahrs, directora del Laboratorio de Robótica Continuum de la Universidad de Toronto Mississauga, informa sobre la construcción de robots delgados, flexibles y extensibles para acceder a lugares de difícil acceso. Por ejemplo, un neurocirujano que debe extirpar un tumor cerebral podría usar un robot con forma de ofidio para llegar a la masa tumoral sin dañar tejido vital.
Burgner-Kahrs señala que orienta el trabajo de su equipo procurando responder las siguientes preguntas: (a) ¿Cómo controlar a los robots para que se muevan con precisión a través de entornos complejos y tortuosos?, (b) ¿Cómo diseñar una interfaz más intuitiva entre humano y robot?, (c) ¿Cómo lograr un robot totalmente autónomo?, y (d) ¿Cómo utilizar varios robots en conjunto de forma colaborativa? El equipo de investigación también está experimentando con nuevas formas y tamaños de robots ofidio para una amplia gama de usos en diversas industrias. Por su parte, investigadores de la Universidad de Lancaster, del Instituto Tecnológico de Beijing y de la Universidad Tecnológica del Norte de China han ideado una nueva estrategia de diseño para mejorar la regulación de la rigidez-flexibilidad de los robots inspirados en ofidios.
11.- Decimoprimer artículo: Robots similares a insectos (11.1.) (11.2.)
Cameron Aubin y su equipo de, investigación en la Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering de la Cornell University (Ithaca, NY, USA) están particularmente interesados en ingeniería microrrobótica “a escala de insecto”. En el artículo aquí reseñado describen un robot cuadrúpedo, del tamaño de un insecto, impulsado por microexplosiones. El robot puede moverse rápidamente, transitar terrenos desafiantes, sortear diferentes obstáculos, saltar grandes alturas con relación a su tamaño y transportar cargas útiles que superan hasta 22 veces su propio peso corporal. Las aplicaciones son, por ejemplo, exploración, monitoreo, búsqueda y rescate, particularmente en ambientes inaccesibles para humanos; como un glaciar, un desierto u otro planeta. También podrían ser útiles en aplicaciones microquirúrgicas, o incluso en microfluidos.
12.- Decimosegundo artículo: Replicación robótica de la vertiginosa movilidad de insectos acuáticos y semiacuáticos (12.1.) (12.2.) (12.3.) (12.4.) (12.5.)
Muchos insectos semiacuáticos pueden atravesar superficies de agua con velocidad vertiginosa, maniobrar en frenéticos giros cerrados o saltar sustentándose en la tensión superficial del líquido. Con base en las diversas capacidades de dichos insectos y la física de las superficies del agua, la bioingeniería robótica procura diseñar y construir robots acuáticos más versátiles y fiables En el artículo aquí reseñado se describe cómo dos equipos han descubierto -de manera independiente- detalles clave sobre cómo las especies más ágiles (los insectos ondulados) y las más rápidas (los molinetes) pueden desplazarse y maniobrar incluso en aguas agitadas y turbulentas. En los artículos fuente se describen dos casos de insectos acuáticos cuya mecánica motora fue replicada en robots experimentales: (a) los zancudos acuáticos Rhagovelia, y (b) los escarabajos molinete o perinola.
13.- Decimotercer artículo: Pleobot: Un robot inspirado en la conducta natatoria del krill (13.1.) (13.2.)
La natación metacrónica, propia de diversos invertebrados como el krill, involucra el movimiento coordinado secuencialmente de varios apéndices natatorios en una onda de cola a cabeza. Muchos organismos acuáticos que se desplazan en enjambres o cardúmenes usan la propulsión metacrónica para lograr rendimiento y maniobrabilidad. Para comprender íntegramente los mecanismos asociados a tales habilidades, los investigadores procuran replicarlos artificialmente. En el artículo aquí reseñado, un equipo de investigadores de la Universidad de Brown, dirigido por Sara Oliveira Santos, describe los procesos de diseño, fabricación y validación del Pleobot, un apéndice metacrónico robótico totalmente articulado que reproduce la cinemática pleópoda del krill. Su construcción involucró aportes de mecánica de fluidos, biología y mecatrónica para lograr niveles de resolución y control adecuados a una escala diez veces mayor que el krill. Se prevé un notable atractivo del modelo para una amplia gama de disciplinas científico-tecnológicas, desde ecología, biología e ingeniería, hasta el desarrollo de plataformas bioinspiradas para estudiar los océanos.
14.- Decimocuarto artículo: Robot oceánico para descubrimiento y descripción de vida marina (14.1.) (14.2.)
El entorno marino profundo es uno de los ecosistemas menos conocidos y más difíciles de estudiar de la Tierra. Su exploración se potencia con los avances en robótica, imágenes submarinas y secuenciación genómica. En el artículo aquí reseñado se presenta un claro ejemplo de sinergia interdisciplinaria: (a) un sistema de encapsulación robótica de muestras capturadas en aguas profundas con preservación de ARN in situ, (b) imágenes cuantitativas tridimensionales (3D) y (c) biología molecular para recopilar datos para identificar, describir y comprender mejor los organismos y la biota de las profundidades marinas. Como prueba de concepto, se describen nuevos detalles sobre 4 criaturas blandas de aguas profundas con datos biológicos, biofísicos y genómicos completos. La síntesis de estos datos proporciona información morfológica y genética para describir especies.
La recolección tuvo lugar durante un crucero por el Océano Pacífico patrocinado por el Schmidt Ocean Institute, mediante un vehículo submarino remoto (ROV) en profundidades de entre 200 y 1.000 metros. Para recolectar las muestras se construyó un brazo robótico con una extremidad tipo origami para envolver suavemente a los organismos. Los investigadores prevén ajustar el diseño robótico para capturar a los animales sin matarlos, recopilar datos valiosos y liberarlos ilesos, como en un chequeo médico. Estas tecnologías pueden impulsar notablemente el descubrimiento de especies e iluminar las innumerables interacciones que tienen lugar en los océanos.
15.- Decimoquinto artículo: Una aguja guiada por un robot navega hacia su objetivo para ejecutar su misión (15.1.) (15.2.)
En el artículo aquí reseñado, un equipo de investigadores y profesionales médicos de la University of North Carolina (UNC)-Chapel Hill presenta una aguja robótica direccionable que puede moverse de forma autónoma a través del tejido vivo -eludiendo obstáculos y barreras- para alcanzar un determinado objetivo. Ron Alterovitz, investigador principal del proyecto, señaló “Los robots médicos disponibles en el mercado suelen ser teleoperados por humanos que controlan directamente cada movimiento”. “Por nuestra parte, aprovechando el poder de la robótica y la inteligencia artificial, desarrollamos un robot capaz de dirigir agujas, de forma autónoma, hacia objetivos en tejido vivo con una precisión y seguridad sin precedentes“.
Estas agujas fueron diseñadas para realizar procedimientos médicos -como inyecciones, biopsias, administración de medicamentos, muestreo de tejidos e incluso anestesia regional- con mínima intervención humana y con gran precisión, seguridad y comodidad para el paciente. Son particularmente aptas para navegar a través de tejidos en movimiento como los pulmonares. alcanzando objetivos inalcanzables con un broncoscopio estándar o incluso robótico. Para llegar a un nódulo pulmonar, con base en tomografías computadas de la cavidad torácica del sujeto, se construyen modelos tridimensionales del pulmón, incluidas las vías respiratorias, las arterias y el objetivo seleccionado. Con esa representación 3D, un programa impulsado por IA dirige la aguja para que llegue automáticamente al objetivo.
16.- Decimosexto artículo: Robots magnéticos con movilidad amplia y precisa (16)
Investigadores del Massachusetts Institute of Technology (MIT) crearon pequeños robots de cuerpo blando que, construidos a partir de espirales flexibles, pueden caminar, gatear y nadar en respuesta a impulsos magnéticos fácilmente aplicables. La profesora Polina Anikeeva, al frente del equipo de investigación, expresó: “Esta es la primera vez que se logra controlar la locomoción tridimensional (3D) de los robots con un campo magnético unidimensional“. Además, enfatizó en la composición de los robots, que consiste principalmente en polímeros blandos magnetizados estratégicamente en determinadas zonas y direcciones para programar los movimientos previstos. Para activarlos solo se requiere un campo magnético mínimo que genere un perfil específico de fuerzas para concretar el movimiento deseado. Las características de estos robots son adecuadas para tareas en espacios reducidos, así como para transportar cargas delicadas en entornos frágiles, exhibiendo un notable potencial para aplicaciones biomédicas.
17.- Decimoséptimo artículo: Robots con adaptabilidad inmediata y continua a entornos complejos no estructurados (17.1.) (17.2.) (17.3.)
Muchos de los actuales robots pueden realizar tareas con escasa intervención humana, pero suelen exhibir limitaciones para adaptarse a entornos no estructurados. Para superar tales limitaciones, investigadores del Massachusetts Institute of Technology (MIT) integraron diferentes modelos para componer y desarrollar un modelo que pueda encontrar soluciones genéricas para la adaptación. El modelo, denominado “compositional diffusion continuous constraint solver (Diffusion-CCSP)”, aprende e integra modelos de inteligencia artificial (IA) generativa para ayudar a los robots a realizar tareas complejas que: (a) presentan diversas restricciones geométricas, (b) requieren decisiones en entornos diversos y no estructurados, y (c) deben manipular objetos con distintas formas y tamaños, teniendo en cuenta todas las limitaciones a la vez. El equipo de investigación prevé probar al Diffusion-CCSP en escenarios y situaciones de creciente complejidad, así como permitir que aborde problemas en diferentes dominios sin necesidad de volver a capacitarlo con nuevos datos.
18.- Decimoctavo artículo: Robot blando inteligente y autónomo (18)
Uno de los actuales desafíos en robótica blanda es la navegación autónoma por entornos desconocidos y no estructurados, ya que ello requiere integrar energía, sensores y control inteligente. Los robots fabricados con materiales activos pueden absorber energía calórica o lumínica del entorno. Para superar la dependencia de la inteligencia computacional, surgió el paradigma de la “inteligencia física”, que aprovecha tanto la “inteligencia” de ciertos materiales como la “inteligencia mecánica” de diseños estructurales para lograr funciones de detección, actuación, control, adaptación y toma de decisiones. En el artículo aquí reseñado se informa sobre el aprovechamiento de la “inteligencia física” en robots basados en elastómeros de cristal líquido para navegar -de manera autónoma- a través de complejos laberintos sin necesidad de intervención humana. Estos robots blandos impulsados por energía térmica ambiental tienen una geometría asimétrica con formas híbridas y helicoidales, lo cual les permite adaptar su configuración a las características del entorno.
19.- Decimonoveno artículo: Robot magnético helicoidal continuo para tratar obstrucciones vasculares de difícil acceso (19)
Frente a un coágulo en un vaso sanguíneo que transporta oxígeno al cerebro (accidente cerebrovascular isquémico agudo), los médicos deben actuar rápidamente para eliminar la obstrucción y evitar la muerte de neuronas. Comúnmente se intenta disolver el coágulo con anticoagulantes o trombolíticos, o atacarlo introduciendo un catéter con una cuerda guía en una arteria en la ingle del paciente y desplazándolo hacia el cerebro. La principal limitación hemodinámica de esta técnica reside en la dificultad para maniobrar el dispositivo ante angulaciones complicadas.
En el artículo aquí reseñado se informa sobre un catéter robótico helicoidal flexible que, cuando se inserta en la muñeca del paciente, puede navegar para alcanzar obstrucciones vasculares y, particularmente, casos de ACV isquémico agudo. El dispositivo, que se controla desde el exterior mediante imanes, tiene una punta blanda y articulada que potencia su maniobrabilidad y minimiza el daño a las paredes de las arterias. La superficie del robot tiene una estructura helicoidal que facilita su tránsito desde la aorta hacia las arterias y vasos craneales. La eficacia del robot continuo se demostró mediante navegaciones exitosas en modelos de vasculatura en placenta humana y en vasos sanguíneos de cerdos vivos. En el futuro, señalan los autores, tales robots -con creciente autonomía- podrían informar a la telemedicina y permitir a los cirujanos tratar a pacientes con modalidad remota.
20- Vigésimo artículo: Mano robótica ayuda a pacientes afectados por neurotrauma a reaprender a ejecutar melodías en piano: modelo aplicable a diversas tareas manuales que requieren destreza (20.1.) (20.2.)
Las personas que han sufrido neurotraumas suelen padecer una disminución de la coordinación y la fuerza en una o ambas extremidades superiores. Si bien los exoesqueletos robóticos contribuyen a mejorar el desempeño de actividades cotidianas, resulta difícil restaurar destrezas para, por ejemplo, interpretar instrumentos musicales. En el artículo aquí reseñado se presenta un exoesqueleto robótico de mano junto con algoritmos de aprendizaje automático para ayudar al usuario a volver a aprender a tocar el piano al “percibir” la diferencia entre versiones correctas e incorrectas de la misma melodía. El objetivo de este estudio es obtener un prototipo de exoesqueleto de mano inteligente para asistir en las tareas de restauración y reentrenamiento de habilidades motoras específicas.
21.- Vigesimoprimer artículo: Un robot quirúrgico operado desde la Tierra ejecuta el primer experimento de cirugía en la Estación Espacial
Internacional (21.1.) (21.2.)
Por primera vez, un grupo de investigadores operó desde la Tierra un robot quirúrgico ubicado en la Estación Espacial Internacional. El robot cirujano, llamado spaceMIRA, imita los brazos humanos, mide 76 cm. y pesa menos de 1 kg. Desde el laboratorio en Lincoln, Nebraska EE.UU.), 6 médicos lo operaron por control remoto y el robot realizó correctamente las incisiones quirúrgicas previstas sobre bandas elásticas que simulaban tejidos, músculos, tendones y vasos sanguíneos humanos. Los médicos debieron sortear -desde la Tierra- dos grandes desafíos: la gravedad cero y el retraso en la respuesta,
ya que, debido a la distancia, el robot responde aproximadamente medio segundo después de emitida la orden desde Tierra. Con base en la previsión de una creciente necesidad de cirugías remotas durante los próximos años, las aplicaciones potenciales de esta nueva tecnología van más allá de la conquista espacial.
El robot SpaceMIRA (Miniaturized In vivo Robotic Assistant) es un desarrollo conjunto entre la empresa Virtual Incision Corporation y la Universidad de Nebraska-Lincoln (UNL). La misión está financiada por la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) y la Universidad de Nebraska, a través del Programa Establecido para la Investigación Competitiva (EPSCoR).
Referencias:
(0.1.) “Taking inspiration from nature is a no-brainer” By Amos Matsiko. Science Robotics. Vol 8, Issue 78. 31 May 2023. DOI: 10.1126/scirobotics.adi2720
(0.2.) “Plants as inspiration for material-based sensing and actuation in soft robots and machines” Thomas Speck, Tiffany Cheng, Frederike Klimm, Achim Menges, Simon Poppinga, Olga Speck, Yasaman Tahouni, Falk J. Tauber, Marc Thielen. MRS Bulletin 48(2). February 2023. DOI:10.1557/s43577-022-00470-8
(1.1.) Video: Tesla presenta la segunda generación de su robot humanoide | Optimus Gen 2
(1.2.) “Elon Musk sacó a pasear a Optimus Gen 2, su robot humanoide y mejor amigo: La máquina, que cuenta con una estatura de 1.70 metros y un peso de 54 kilos, ha generado todo un debate sobre el impacto de la automatización en la sociedad” Por Jimmy Pepinosa. Infobae.Tecno. 31 Enero 2024
(2) “La robótica dinámica cuadrúpeda tiene un papel muy importante en la Industria 4.0 y su futuro: Los robots cuadrúpedos disponen de características físicas y de software que les permiten operar en entornos no estructurados y totalmente dinámicos” Entrevista a Rodolfo de Benito Arango, director de I+D y Transformación Digital de Alisys, Automática e Instrumentación. Nº 536, pp. 48-49. 8 de Abril de 2022.
(3.1.) Fuente primaria: “Motile Living Biobots Self-Construct from Adult Human Somatic Progenitor Seed Cells” Gizem Gumuskaya, Pranjal Srivastava, Ben G. Cooper, Hannah Lesser, Ben Semegran, Simon Garnier, Michael Levin. Advanced Science. Research Article. Open Access. First published: 30 November 2023. DOI: 10.1002/advs.202303575
(3.2.) Fuente secundaria 1: “Tiny ‘anthrobots’ built from human cells could help heal the body: Self-propelled organoids repair nerve tissue in lab, could one day ferret out disease or deliver drugs” By Elizabeth Pennisi. Science. Sience Insider. News Technology. 30 Nov 2023. DOI:10.1126/science.zb4pvbp
(3.3.) Fuente secundaria 2: “Tiny robots made from human cells heal damaged tissue: The ‘anthrobots’ were able to repair a scratch in a layer of neurons in the lab” By Matthew Hutson. Nature. News. 30 November 2023. DOI: 10.1038/d41586-023-03777-x
(3.4.) Fuente primaria complementaria: “Kinematic self-replication in reconfigurable organisms” Sam Kriegman, Douglas Blackiston, Michael Levin, and Josh Bongard. Edited by Terrence J. Sejnowski, Salk Institute for Biological Studies, La Jolla, CA. PNAS. Research Article. Biophysics And Computational Biology. Open Access November 29, 2021. DOI: 10.1073/pnas.2112672118
(3.5.) Fuente secundaria complementaria: “Crean los primeros robots vivos que se replican de manera espontánea” Boletín SINC. Ciencias de la Vida. 29/11/2021
(4.1.) Fuente primaria: “Brain organoid reservoir computing for artificial intelligence” Hongwei Cai, Zheng Ao, Chunhui Tian, Zhuhao Wu, Hongcheng Liu, Jason Tchieu, Mingxia Gu, Ken Mackie & Feng Guo. Nature Electronics (2023) volume 6, pp.1032–1039 (2023) Article. 11 December 2023. DOI: 10.1038/s41928-023-01069-w
(4.2.) Fuente secundaria: “AI brains in lab: Scientists create a computer with human brain tissue: Brain-inspired computing hardware could be used to address limitations in AI” By Sejal Sharma. Interesting Engineering. Innovation. Dec 12, 2023
(5.1.) “Scientists fuse human brain cells with electronic circuits—and make it ‘think: Hybrid ‘biocomputer’ performs simple calculations, recognizes speech, albeit imperfectly” By Phie Jacobs. Science. 5 Dec 2023.
(5.2.) “‘Biocomputer’ combines lab-grown brain tissue with electronic hardware: A system that integrates brain cells into a hybrid machine can recognize voices” By Lilly Tozer. Nature 624, 481 (2023). News. 11 December 2023. DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-023-03975-7
(6.1.) Fuente primaria: “Biohybrid bipedal robot powered by skeletal muscle tissue” Ryuki Kinjo, Yuya Morimoto, Byeongwook Jo, Shoji Takeuchi. Matter. Available online 26 January 2024. DOI: 10.1016/j.matt.2023.12.035
(6.2.) Fuente secundaria: “Watch a robot made of muscle and steel turn on a dime: Once mostly limited to straight-line motion, “biohybrid” bots are finally getting the hang of more complex motion” By Eli Ramos, Science. Sciences. Bots Technology.26 Jan 2024. DOI: 10.1126/science.z9w9
(7.1.) Fuente primaria: “Urease-powered nanobots for radionuclide bladder cancer therapy” Cristina Simó, Meritxell Serra-Casablancas, Ana C. Hortelao, Valerio Di Carlo, Sandra Guallar-Garrido, Sandra Plaza-García, Rosa Maria Rabanal, Pedro Ramos-Cabrer, Balbino Yagüe, Laura Aguado, Lídia Bardia, Sébastien Tosi, Vanessa Gómez-Vallejo, Abraham Martín, Tania Patiño, Esther Julián, Julien Colombelli, Jordi Llop & Samuel Sánchez. Nature. Nature Nanotechnology. Open access. 15 January 2024. DOI: 10.1038/s41565-023-01577-y
(7.2.) Fuente secundaria: “Los tumores de vejiga se reducen en un 90 % con el uso de nanorrobots: La investigación, liderada por un equipo español y realizada en ratones, demuestra cómo estas diminutas nanomáquinas son propulsadas por la urea presente en la orina, se dirigen con precisión al tumor y lo atacan con un radioisótopo que llevan en su superficie” Boletín SINC. Innovación. Fuente originaria: IBEC. 15/1/2024.
(8.1.) Fuente primaria: “Biological Organisms as End Effectors” Josephine Galipon, Shoya Shimizu, Kenjiro Tadakuma. arXiv:2306.03906 [cs.RO] arXiv:2306.03906v2 [cs.RO]. Computer Science; Robotics. 12 Jun 2023. DOI: 10.48550/arXiv.2306.03906
(8.2.) Fuente secundaria 1: “Living woodlice and marine mollusks act as “grippers” for robot hands in a new study: This novel idea was proposed by scientists from Japan and sees robotics taking a new direction with the help of biology” By Tejasri Gururaj. Interesting Engineering. Innovation. Jun 22, 2023
(8.3.) Fuente secundaria 2: “Bugs give robotic arms a hand” By Peter Grad. Tech Xplore. Editors’ notes. Engineering. Report. June 21, 2023
(8.4.) Fuente secundaria 3: “Utilizan insectos vivos para crear brazos robóticos: Los investigadores querían abandonar el diseño de pinzas de origen humano en la robótica” Por Miguel Jorge. Gizmodo- Tecnología, ciencia y cultura digital. 22 de junio de 2023
(8.5.) Fuente complementaria: “Bees that are trained to detect bombs: Bees, once trained, can detect explosive vapors, using their Proboscis Extension Reflex, and are safely returned to their hives after their detection tenure. Interesting Engineering. Sep 09, 2023
(8.6.) Videos ilustrativos:
(9.1.) Fuente primaria: “A growing soft robot with climbing plant–inspired adaptive behaviors for navigation in unstructured environments”. Emanuela Del Dottore, Alessio Mondini, Nick Rowe, and Barbara Mazzolai. Science Robotics. Vol. 9, N° 86. Free Access. Research Article. Soft Robots. 17 Jan 2024. DOI: 10.1126/scirobotics.adi5908
(9.2.) Fuente secundaria 1: “This robot grows like a vine — and could help navigate disaster zones: Plant-inspired machines could one day prove useful in search-and-rescue scenarios” By Davide Castelvecchi. Nature. News. Article. 18 January 2024. DOI: 10.1038/d41586-024-00140-6
(9.3.) Fuente secundaria 2: “This robot will save your life: The Vine Robot, influenced by nature, uses compressed air for medical procedures like intubation and can lift objects up to 2,000 pounds with its adaptable design” Interesting Engineering. Oct 13, 2023
(10.1.) Fuente primaria: “Comprehensive stiffness regulation on multi-section snake robot with considering the parasite motion and friction effects” Nan Ma, Haiqin Zhou, Jujie Yuan and Guangping He4. Bioinspiration & Biomimetics. Volume 19, Number 1. December 2023. DOI 10.1088/1748-3190/ad0ffc
(10.2.) Fuente secundaria: “Snake-inspired robot mimics parasite motion for enhanced flexibility” By Shubhangi Dua. Interesting Engineering. Innovation. Dec 28, 2023
(10.3.) Fuente complementaria: “These snake-like robots could be used in surgery to save lives: The machines are not limited to one industry and have many useful applications” By Loukia Papadopoulos. Interesting Engineering. Health. August13, 2022
(11.1.) Fuente primaria: “Powerful, soft combustion actuators for insect-scale robots” Cameron A. Aubin, Ronald H. Heisser, Ofek Peretz, Julia Timko, Jacqueline Lo, E. Farrell Helbling, Sadaf Sobhani, Amir D. Gat, and Robert F. Shepherd. Science. Microrobotics. Vol 381, Issue 6663. pp. 1212-1217. 14 Sep 2023. DOI: 10.1126/science.adg506
(11.2.) Fuente secundaria: “This insect-sized robot can carry 22 times its own weight: The four-legged miniature machine is powered by tiny explosions” By Katharine Sanderson. Nature. 14 September 2023. DOI: 10.1038/d41586-023-02900-2
(12.1.) “‘Magical’ abilities of water-striding insects could inspire new aquatic robots: Some use drag to turn, others use lift to propel themselves, researchers find” By Elizabeth Pennisi. Science. 8 Jan 2024. DOI: 10.1126/science.z0jizb7
(12.2.) Fuente complementaria a.1: “Hemípteros acuáticos y semiacuáticos del neotrópico” Hernán Aristizábal-García. Editorial Gente Nueva. Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Bogotá, 2017. 984 p. il. (Colección Jorge Álvarez Lleras, No. 33). ISBN Obra completa: 978-958-9205-19-8 ISBN Volumen: 978-958-9205-91-4 1
(12.3.) Fuente complementaria a.2: “Heterópteros acuáticos y semiacuáticos asociados al bosque seco del Patía, suroeste de Colombia” Dora Nancy Padilla Gil. Biota Colombiana. 21, 2020. DOI: 10.21068/c2020.v21n02a01
(12.4.) Fuente complementaria b.1: “Fotos de Escarabajos Molinetes” Natuiralista México
(12.5.) Fuente complementaria b.2: “Experimental Studies and Dynamics Modeling Analysis of the Swimming and Diving of Whirligig Beetles (Coleoptera: Gyrinidae)”. Zhonghua Xu, Scott C. Lenaghan, Benjamin E. Reese ,Xinghua Jia,Mingjun Zhang. Plos Computational Biology. November 29, 2012. DOI: 10.1371/journal.pcbi.1002792
(13.1.) Fuente primaria: “Pleobot: a modular robotic solution for metachronal swimming” Sara Oliveira Santos, Nils Tack, Yunxing Su, Francisco Cuenca-Jiménez, Oscar Morales-Lopez, P. Antonio Gomez-Valdez & Monica M. Wilhelmus Scientific Reports volume 13, Article. Open Access. 13 June 2023 Article number: 9574 (2023). DOI: 10.1038/s41598-023-36185-2
(13.2.) Fuente secundaria: “This is Pleobot, a krill-inspired robot for underwater exploration: nspired by nature, scientists have created a krill-inspired robot that could be helpful for oceanic navigation and search and rescue missions”.By Tejasri Gururaj. Interesting Engineering. Innovation. Jun 30, 2023
(14.1.) Fuente primaria: ” An in situ digital synthesis strategy for the discovery and description of ocean life” John A. Burns, Kaitlyn P. Becker, David Casagrande, Joost Daniels Https, Paul Roberts, Eric Orenstein, Daniel M. Vogt, Zhi Ern Teoh, Ryan Wood, Alexander H. Yin, Baptiste Genot, David F. Gruber, Kakani Katija, Robert J. Wood, And Brennan T. Phillips. Science Advances. Vol. 10, Issue 3. Open Access. Research Article. Oceanography. 17 Jan 2024. DOI: 10.1126/sciadv.adj4960 Science Advances
(14.2.) Fuente secundaria: “New undersea robot digitally captures the sea’s most delicate life: Combining advanced imaging, sequencing, and collecting technologies paves the way for better species descriptions” By Elizabeth Pennisi. Science. News from Science. © 2024 American Association for the Advancement of Science. News Oceanography. 17 Jan 2024. DOI: 10.1126/science.zr9uzfq
(15.1.) Fuente primaria: “Medical robot steers needle through living lung: Using robotics and AI, a Carolina team developed an autonomous tool” By UNC-Chapel Hill computer science department, The University of North Carolina at Chapel Hill. News and Updates. Health and Medicine. October 12th, 2023
(15.2.) Fuente secundaria: “Autonomous robotic needle can maneuver through living tissue: It was tested on a living lung” By Loukia Papadopoulos. Interesting Engineering. Innovation. October 12, 2023
(16) “Magnetic robots are walking, crawling, and swimming with ease: These soft-bodied machines are poised to revolutionize confined space tasks and biomedical applications” By Abdul-Rahman Oladimeji Bello. Intereresting Engineering. Innovation. Jul 09, 2023
(17.1.) Fuente primaria: “Compositional Diffusion-Based Continuous Constraint Solvers” Zhutian Yang, Jiayuan Mao, Yilun Du, Jiajun Wu, Joshua B. Tenenbaum, Tomas Lozano-Pérez, Leslie Pack Kaelbling. arXiv:2309.00966v1 [cs.RO] 2 Sep 2023
(17.2.) Fuente secundaria 1: “New technique helps robots pack objects into tight spaces” By John Thornton. Robotics & Automation. October 19, 2023
(17.3.) Fuente secundaria 2: “MIT scientists use AI to make a robot carry out multiple tasks: The researchers wish to test the model with more complicated tasks” By Sejal Sharma. Interesting Engineering. Innovation. Oct 17, 2023
(18) “Physically intelligent autonomous soft robotic maze escaper” Yao Zhao, Yaoye Hong, Yanbin Li, Fangjie Qi, Haitao Qing, Hao Su, And Jie Yin. Science Advances. Vol 9, Issue 36. Open Access. Research Article. Engineering. 8 Sep 2023. DOI: 10.1126/sciadv.adi3254
(19) Fuente primaria: “Dexterous helical magnetic robot for improved endovascular access” R. Dreyfus, Q. Boehler, S. Lyttle, P. Gruber, J. Lussi, C. Chautems, S. Gervasoni, J. Berberat, D. Seibold, [N. Ochsenbein-Kölble, M. Reinehr, M. Weisskopf, L. Remonda, B. J. Nelson. Science Robotics. Vol 9, Issue 87. Free Access. Special Issue Research Article. Medical Robots. 14 Feb 2024. DOI: 10.1126/scirobotics.adh0298
(20.1.) Fuente primaria: “Human-like Robotic Hands for Biomedical Applications and Beyond” Maohua Lin, Rudy Paul, Moaed Abd, James Jones, Darryl Dieujuste, Harvey Chim, and Erik D. Engeberg. Front. Robot. AI, 29 June 2023. Sec.Soft Robotics. Frontiers in Robotics. Volume 10 – 2023 DOI: 10.3389/frobt.2023.1212768
(20.2.) Fuente secundaria:”AI-powered robotic glove helps stroke patients play the piano again: Smart hand exoskeleton glove has tactile sensors, soft actuators, and artificial intelligence to help neurotrauma patients relearn manual tasks” By Shubhangi Dua- Interesting Engineerig. Innovation. Jun 30, 2023
(21.1.) “Histórico: un robot manejado desde la Tierra realiza la primera cirugía
en el espacio: El experimento demostró la viabilidad de la cirugía remota en el
espacio. Se abren nuevas perspectivas para la medicina” Por Mariela de Diego.
Meteored. 24/02/2024
(21.2.) Video:
