Un equipo de investigadores de la Universidad de California en Santa Bárbara y de la Universidad de Dresde ha creado un colectivo de robots capaces de comportarse como un material inteligente. Inspirados por los procesos biológicos de los tejidos embrionarios, estos robots pueden cambiar de forma y ajustar su rigidez a demanda.
Esta innovación abre el camino a aplicaciones potenciales en diversos campos, desde la robótica hasta la física de la materia activa. Al reproducir los mecanismos de fluidez y solidez observados en los embriones, los investigadores han logrado diseñar un sistema robótico capaz de auto-organizarse y adaptarse dinámicamente.
Inspiración biológica: de embriones a robots
Los investigadores se inspiraron en los tejidos embrionarios, considerados como materiales inteligentes naturales. Estos tejidos pueden pasar de un estado fluido a un estado sólido, permitiendo que las células se reorganicen para formar estructuras.
Este fenómeno, llamado transición de rigidez, es esencial para el desarrollo de los órganos. Los científicos han identificado tres procesos clave: las fuerzas activas entre células, la señalización bioquímica y la adhesión celular. Estos mecanismos han sido trasladados al mundo de los robots para crear un colectivo capaz de comportarse de manera similar.
Cada robot, con forma de disco de hockey, está equipado con ocho engranajes motorizados e imanes rotativos. Estos elementos permiten que las unidades se muevan entre sí mientras mantienen una cohesión sólida. Sensores de luz polarizada guían sus movimientos, reproduciendo así la coordinación observada en las células embrionarias.
Un colectivo robótico con propiedades ajustables
El colectivo de robots puede pasar de un estado rígido a un estado fluido al modular las fuerzas entre las unidades. Esta flexibilidad es posible gracias a fluctuaciones controladas en las señales enviadas a los robots, permitiendo una reorganización rápida y eficiente.
Los investigadores también descubrieron que estas fluctuaciones reducen el consumo de energía, una ventaja importante para aplicaciones prácticas. Al ajustar los parámetros de la luz polarizada, pueden dirigir el colectivo para formar estructuras específicas sin necesidad de reprogramación individual.
A largo plazo, esta tecnología podría miniaturizarse y extenderse a miles de unidades, abriendo el camino a materiales robóticos capaces de adaptarse a diferentes entornos. Estos sistemas podrían utilizarse para manipular objetos, soportar cargas pesadas o incluso auto-repararse.
Para profundizar: ¿Qué es una transición de rigidez?
La transición de rigidez es un fenómeno físico en el que un material pasa de un estado sólido a un estado fluido, o viceversa, bajo el efecto de fuerzas internas o externas. Este concepto es esencial para entender cómo algunos sistemas, como los tejidos embrionarios o los materiales granulares, pueden alternar entre rigidez y fluidez.
En los tejidos vivos, esta transición permite que las células se reorganicen espacialmente. Por ejemplo, durante el desarrollo embrionario, las células pueden "fundirse" temporalmente para moverse y formar estructuras elaboradas, como órganos, antes de solidificarse nuevamente. Este proceso es posible gracias a fuerzas activas generadas por las propias células.
En física, este fenómeno se estudia a menudo en sistemas como los vidrios o los medios granulares. Estos materiales pueden comportarse como sólidos bajo ciertas condiciones, pero volverse fluidos cuando se someten a tensiones específicas, como vibraciones o fuerzas de cizallamiento.
En el contexto de los robots, la transición de rigidez se ha reproducido al modular las fuerzas entre las unidades. Esto permite que el colectivo de robots pase de un estado rígido, capaz de soportar cargas, a un estado fluido, permitiendo una reorganización rápida y flexible. Esta capacidad para ajustar dinámicamente las propiedades mecánicas abre perspectivas prometedoras para aplicaciones en robótica y ciencia de materiales.
Autor del artículo: Cédric DEPOND
Fuente: Science