N.45 – Micromáquinas animadas

La naturaleza auto-operativa de la materia viva supera notablemente -en la actualidad- a la de los materiales y mecanismos (inanimados) de la ingeniería humana. Por ejemplo, las bacterias se autopropulsan hacia ambientes favorables, las proteínas ayudan a las células a fabricar diferentes sustancias y el ADN se replica durante la división celular.

Entre quienes procuran reducir dicha brecha se destaca el Dr. Tyler Shendruk, físico teórico canadiense que se desempeña en el Departamento de Ciencias Matemáticas de la Universidad de Loughborough (Londres, Reino Unido) y en su nuevo Centro Interdisciplinario para la Modelación Matemática (ICMM). Recientemente recibió una Beca de Inicio del Consejo Europeo de Investigación (ERC) -de £ 1,25 millones- para desarrollar un estudio de cinco años con el objetivo de replicar –con materiales artificiales- ciertos comportamientos de las moléculas y microorganismos biológicos. La idea es diseñar y desarrollar máquinas que puedan generarse, ensamblarse, alimentarse, reestructurarse, moverse y propulsarse -por sí mismas- en entornos biológicos.

El Dr. Shendruk desarrolla simulaciones computacionales para investigar la materia biológica y diversos tipos de “física blanda” (materiales blandos que pueden deformarse y “fluir” de formas inusuales). Utilizará la beca ERC para diseñar micro máquinas automáticas que combinarán aportes de dos áreas de investigación -autoensamble coloidal y materia activa- para crear cristales líquidos coloidales que puedan formarse y deformarse para movilizarse y operar.

Los coloides son pequeñas partículas suspendidas en un medio fluido líquido o gaseoso. Por ejemplo, el café y la leche son suspensiones coloidales. El autoensamble es el proceso mediante el cual los coloides se unen y generan estructuras complejas. Por su parte, mientras los cristales líquidos tradicionales se mueven cuando son forzados por la presión, la gravedad u otra fuerza externa, los fluidos de la nueva clase tienen la capacidad de moverse por sí mismos. Los coloides se autoensamblan en los cristales líquidos en estructuras estáticas tipo cadena, collar, rayos, zigzag, celosías y otras, todas los cuales se conocen como “cristales líquidos coloidales”. En el proyecto se prevé desarrollar y utilizar un nuevo tipo de cristal líquido para producir estructuras coloidales complejas y continuamente dinámicas que puedan actuar como componentes para microrrobots (microbots).

Se utilizarán modelos computacionales para simular, explorar y modelar -con nuevos algoritmos- los movimientos y estructuras dinámicas que se despliegan cuando los coloides pasivos se colocan en cristales líquidos “vivos”.

Se prevé que las estructuras coloidales que se construyan y autoalimenten tendrán el potencial de actuar como biomicromáquinas híbridas con funcionalidad autónoma (incluida la automotilidad, automovilidad y autotransformación dinámica) en función del flujo para la “misión”. Si el proyecto resultara exitoso, las micromáquinas podrían usarse para constituir microbots para realizar diversos tipos de microtareas en una variedad de aplicaciones, imitando la complejidad biológica y quizás trabajando junto con la biología.