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Un tentáculo robótico blando que puede enlazar una hormiga sin dañarla

Se trata de un sistema sencillo que permite que unos mini tentáculos puedan sostener objetos a microescala, como huevos de peces, sin romperlos». Este dispositivo robótico de pequeñas dimensiones también podría tener aplicación en dispositivos para la microcirugía, o en aparatos para manipular células o tejidos minúsculos

Hace poco más de un año, la prensa se hacía eco del caso de Dennis Aabo, un danés de 36 años que perdió la mano tras un accidente con la manipulación de fuegos artificiales. Gracias a su participación en un ensayo clínico, se convirtió en el primer amputado del mundo capaz de controlar su prótesis en tiempo real. Con la incorporación de un complejo sistema de sensores, no sólo el cerebro del paciente enviaba señales a la mano biónica para coger, por ejemplo, un vaso, sino que también lograba que la prótesis transmitiera información al cerebro para modular la fuerza necesaria para sostener según el objeto, sin aplastarlo ni romperlo.

Como explican los expertos, las prótesis que se usan hoy en día son muy sencillas. Permiten movimientos muy limitados, abrir y cerrar la mano, por ejemplo. Algunas tienen sensores de temperatura, es decir, cuando el objeto está muy caliente se enciende una luz, pero carecen de un mecanismo que permita la bidireccionalidad de la información. «Aún no sabemos muy bien cómo conseguirlo. Varios equipos de investigadores están trabajando en ello», apunta Eduardo Fernández, investigador de la Universidad Miguel Hernández (Elche, Alicante) y del Ciber-bbn (Centro de Investigación Biomédica en Red Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina), que también está trabajando en un proyecto similar, en colaboración con un grupo de científicos de la Universidad de Utah (EEUU), con electrodos tridimensionales.

Ahora, la revista Nature presenta un nuevo avance relacionado con el campo de la robótica que quizás pudiera tener aplicación como un sensor capaz de regular la presión que la mano artificial debe imprimir para sujetar objetos delicados. Consiste en un microtubo flexible realizado a partir de material PDMS, un polímero biocompatible, es decir, «no provoca inflamaciones y es tolerado por los tejidos internos del organismo«, aclara Fernández. Esta especie de tentáculo, del grosor aproximado de un cabello, se va enrollando en forma de espiral más o menos a medida que se le inyecta aire. De esta manera, con distintas presiones logra modular su fuerza con la precisión adecuada como para sostener cualquier tipo de insecto, por ejemplo, una hormiga, sin dañar su cuerpo. Así lo demuestra un grupo de científicos de la Universidad de Iowa (EEUU).

Se trata de un sistema sencillo con el que «conseguimos que estos mini tentáculos sostengan objetos a microescala, como huevos de peces, sin romperlos», resume Jaeyoun Kim, principal autor del estudio. Este trabajo robótico de pequeñas dimensiones también podría tener aplicación en dispositivos para la microcirugía o aparatos para manipular células o tejidos minúsculos. Quizás incluso tenga un papel en el trabajo que están desarrollando varios equipos de científicos con el objetivo de diseñar «robots internos con cámara de vídeo. La idea es introducirlos en el cuerpo (a través de pastillas) para que examinen el estado de organismo», señala Fernández. Es posible que, en un futuro, además de esta función, sistemas como el de los tentáculos inventados por Kim logren también manipular o extraer muestras celulares para analizar.

Nanomedicina para el corazón

Otro de los avances ‘micro’ que esta semana sale a la luz, esta vez en la revista Science Translational Medicine, tiene que ver con las nanopartículas. Cuando las arterias coronarias se obstruyen y dan lugar a un infarto o angina de pecho, el bypass es una de las intervenciones quirúrgicas más frecuentes para tratar dichas patologías, consigue mejorar el riego sanguíneo al miocardio. Consiste en utilizar una vena o arteria de otra parte del cuerpo para ‘construir’ un puente entre las zonas sanas de la arteria obstruida. Existen dos tipos: injertos arteriales (de la arteria mamaria o radial) y venosos (de safena, que es una vena de la pierna).

Aproximadamente «la mitad de los injertos venosos empiezan a obstruirse de nuevo a los 12-18 meses tras la operación», argumentan en el artículo los autores del departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad Vanderbilt (EEUU). Generalmente, como resultado de la hiperplasia intimal, engrosamiento de la pared del vaso sanguíneo. Lo que ocurre es que, por estímulos mecánicos, la sangre interacciona con las paredes y va deformándolas. En esta interacción «se van liberando factores inflamatorios en los vasos sanguíneos».

Aunque no siempre es necesario tratarlo, puede producir estenosis por la formación de una nueva placa de ateroma. «Un péptido conocido como MK2i, actualmente en ensayos clínicos, puede bloquear esa liberación de factores inflamatorios», apunta Craig Duvall, uno de los autores del trabajo. Sin embargo, «dicho fármaco se degrada demasiado rápido dentro de las células». Para mejorar la eficacia de MK2i, Brian Evans y su equipo han desarrollado una nanopartícula con carga eléctrica llamada nanopolytex. «Envuelve y transporta el medicamento directamente hasta su objetivo» y con la idea de degradarse a una velocidad adecuada. Después de probarla in vitro sobre células humanas y también en un modelo animal (conejo), se ha visto que las nanopartículas cargadas con el péptido MK2i reducen la hiperplasia intimal, manteniendo la inflamación controlada.

Los resultados sugieren, concluyen los investigadores «que los nanopolyplexes ofrecen un prometedor sistema de administración de fármacos para mejorar la eficacia de la terapéutica de péptidos tales como MK2i para proteger los injertos venosos del fracaso».

Nanopartículas ‘españolas’ para la visión

Un trabajo similar está realizando un grupo de científicos en España, entre los que se encuentra Eduardo Fernández. «Estamos trabajando en nanopartículas (vectores no virales) que transporten material genético al interior de la retina para hacer liberación controlada de ADN» con el objetivo de intentar paliar «enfermedades degenerativas de la retina, como la Degeneración Macular Asociada a la Edad (DMAE) y la retinosis pigmentaria, que son los responsables de casi el 50% de todos los casos de baja visión». Desde la Universidad Miguel Hernández están colaborando con el CIBER-BBN.

 

 

Hasta ahora, expone el investigador, una de las formas mas comunes de llevar material genético al interior de las células es utilizar un virus que es modificado para que deje de ser patógeno. Sin embargo esta aproximación «presenta algunos problemas de seguridad y una gran limitación en cuanto al tamaño del material genético a transportar«. En este contexto «nuestro grupo, en colaboración con el Grupo de Tecnología Farmacéutica de la Universidad del País Vasco dirigido por el profesor José Luis Pedraz, trabaja en el desarrollo de nuevos vectores no virales, que puedan ser utilizados para una terapia génica efectiva y segura. El procedimiento es relativamente fácil ya que las nanopartículas son inyectadas directamente dentro del globo ocular y una vez aquí son captadas mediante endocitosis por las células de la retina». Estas nanopartículas incorporan sustancias que protegen el ADN y «moléculas directoras, como la protamina, que permiten dirigirlas hacia el núcleo celular. Además debido a su tamaño nanométrico y a sus múltiples posibilidades de funcionalización es posible facilitar su captación específica por distintos tipos celulares».

Esta nueva forma de terapia génica ha sido probada con éxito en animales. «Creemos que estos resultados son muy prometedores, aunque es evidente que todavía queda mucho trabajo por hacer».

Fuente: El Mundo. Aportado por Eduardo J. Carletti

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DARPA apunta a un híbrido humano-robot: ¿Están en camino los cyborgs?

DARPA, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de EEUU, anunció que están buscando el desarrollo de una nueva generación de tecnologías que combinan sistemas biológicos y electrónicos. Una nueva división de investigación y desarrollo militar experimentará con tecnologías que logren la fusión de la vida con las máquinas

La Oficina de Tecnologías Biológicas (Biological Technologies Office= BTO) utilizará organismos biológicos como base de nuevos mecanismos de defensa. La investigación en estos campos ya ha sido promovida por las oficinas de Ciencias de Defensa (Defense Sciences= DSO) y Tecnología de Microsistemas (Microsystems Technology= MTO).

«La biología es la innovadora definitiva en la naturaleza, y cualquier agencia que se base en la innovación sería estúpida si no observa a esta maestra de la complejidad entrelazada en busca de inspiración y soluciones», dijo Arati Prabhakar, director de DARPA, a los miembros de la Cámara de Representantes de EEUU el 26 de marzo.

La BTO se centrará en ayudar a los que han perdido extremidades, además de una amplia variedad de otros proyectos que fusionan a los humanos y las máquinas.

La propiocepción de la mano y las interfaces de tacto (Hand Proprioception and Touch Interfaces= HAPTIX) son las primeras tecnologías que serán explorados por el grupo. Este proyecto tiene el objetivo de crear miembros artificiales que proporcionarán la sensación del tacto a quienes las utilicen.

Prabhakar le dijo a los legisladores que el estudio de las interfaces hombre/máquina puede hacer posible desarrollar anticuerpos ante nuevas toxinas en un mes. Ese proceso puede tardar décadas utilizando las tecnologías actuales, dijo. El director dijo que estas medidas son necesarias para hacer frente a la creciente amenaza de los terroristas con armas biológicas y químicas.

La tecnología desarrollada por el BTO podría ser utilizado para ayudar a los soldados que se recuperan de lesiones incapacitantes. También podría ser utilizado para permitir la creación de super-soldados, con poderes mucho más allá de las capacidades humanas. La evolución prevista por el grupo incluye sistemas que les permita a los soldados sobrevivir a la pérdida de grandes cantidades de sangre.

«Los recientes progresos en disciplinas tan diversas como la neurociencia, el diseño de sensores, microsistemas, ciencias de la computación, y otras áreas en las que ha invertido DARPA durante mucho tiempo han comenzado a converger, revelando un nuevo potencial emergente listo a hacerse realidad», escribieron miembros de la agencia en el comunicado de prensa que anuncia la formación de la Oficina de Tecnologías Biológicas.

El programa CLIO (Chronicle of Lineage Indicative of Origins, o Crónica de Linaje Indicativo del Origen puede causar cierta controversia. Ese objetivo de la BTO incluirá hacer la «ingeniería biológica más segura… previniendo la adquisición ilegal o mal uso de cepas de organismos que tienen propietario, informa DARPA. Los grandes desarrolladores de alimentos como Monsanto están involucrados en varios conflictos con los pequeños productores sobre las variedades patentadas de cultivos.

 

 

Geoff Ling será el primer director de la BTO. Actualmente es el subdirector de DARPA y es considerado como una de las personas que más saben en la Armada norteamericana sobre el tema de la lesión cerebral traumática (TBI).

Fuente: Tech Times. Aportado por Eduardo J. Carletti

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Un equipo internacional crea músculos con hilos de coser y pescar

Investigadores de la Universidad de Texas (EE UU) y otras instituciones internacionales han ideado un método para crear músculos artificiales retorciendo y enrollando hilo de pescar y de coser. Estos músculos de polímero son más potentes que los de los humanos y podrán aplicarse en el desarrollo de prótesis artificiales, robots humanoides y exoesqueletos, según sus creadores

Investigadores del Instituto de Nanotecnología de la Universidad de Texas (UT, en EE UU), en colaboración con científicos de instituciones de Australia, Canadá, Corea del Sur, China y Turquía han descubierto que el hilo de pescar y de coser puede convertirse en potentes músculos artificiales.

Según un estudio, publicado esta semana en Science, estos nuevos músculos pueden levantar cien veces más peso y generar cien veces más poder mecánico que los músculos humanos. Por peso, pueden generar 7,1 caballos de fuerza por kilogramo, aproximadamente la misma potencia mecánica que un motor a reacción.

Estos nuevos músculos pueden levantar cien veces más peso y generar cien veces más poder mecánico que los músculos humanos

En el trabajo, los investigadores explican que estos músculos se producen retorciendo y enrollando hilo común de pescar y de coser. Los músculos son accionados térmicamente por cambios de temperatura, que se producen eléctricamente, por absorción de la luz o por la reacción química de combustibles.

“Retorciendo la fibra de polímero se convierte en un músculo de torsión que puede girar un rotor pesado a más de 10.000 revoluciones por minuto. Una torsión adicional ulterior, provoca que la fibra de polímero se comporte como una banda de goma muy retorcida y produzca un músculo que se contrae de manera espectacular a lo largo de su longitud cuando se calienta, y vuelva a su longitud inicial cuando se enfríe. Por el contrario, si se enrolla en una dirección diferente a la del giro inicial, los músculos se expanden cuando se calientan”, indica Ray Baughman, director del Instituto de Nanotecnología de la UT y uno de los autores del trabajo.

Ray Baughman explica que, en comparación con los músculos naturales, que se contraen sólo un 20%, estos músculos artificiales pueden hacerlo aproximadamente un 50% de su longitud. “Los golpes musculares también son reversibles por millones de ciclos cuando se contraen y se expanden bajo cargas mecánicas pesadas”, añade.

Prótesis y robots humanoides

“Las aplicaciones de estos músculos de polímero son muy amplias, entre ellas el desarrollo de prótesis artificiales, robots humanoides y exoesqueletos portables. Hasta ahora han estado limitados por la necesidad de uso de motores y sistemas hidráulicos, cuyo tamaño y peso restringen su destreza generación de la fuerza y capacidad de trabajo”, subraya el investigador.

En su opinión, los músculos de polímero se podrían utilizar para aplicaciones de robótica en las que se necesita una fuerza sobrehumana. “Retorciendo juntos varios hilos de pesca de polietileno, cuyo diámetro total es de sólo alrededor de 10 veces mayor que un cabello humano, se produce un músculo polmérico enrollado que puede levantar 7,3 kilogramos. Operado en paralelo, de forma similar a la forma en la que se configuran los músculos naturales, un centenar de estos artificiales podrían levantar alrededor de 0,8 toneladas”, señala.

Los músculos de polímero son más potentes que los de los humanos y podrán utilizarse en prótesis artificiales, robots humanoides y exoesqueletos

Tejidos con poros que se abren y cierran

Pero estos órganos artificiales también podrían realizar tareas más delicadas. “Músculos de polímeros enrollados operados de manera independiente, con un diámetro menor que un cabello humano, podrían aplicarse para producir expresiones faciales realistas en los robots humanoides. También podrían aplicarse en microcirugía robótica mínimamente invasiva o en dispositivos para comunicar el sentido del tacto desde sensores en una mano robótica a una mano humana”, destaca el estudio.

Los músculos de polímero están alimentados normalmente por electricidad producida mediante calentamiento resistivo usando el recubrimiento de metal sobre el hilo de coser o utilizando alambres de metal retorcidos juntos con el músculo. Para otras aplicaciones, “los músculos pueden ser autoimpulsados por los cambios de temperatura del medio ambiente”, dice Carter Haines, el autor principal del estudio, que realiza su doctorado con el profesor Baughman.

Además, Haines señala que el equipo de la Universidad de Texas ha creado tejidos textiles con los músculos de polímeros, cuyos poros se abren y cierran de forma reversible con los cambios en la temperatura. También se podrían usar para abrir y cerrar ventanas de edificios e invernaderos en función de los cambios meteorológicos, concluye.

Referencia bibliográfica: Carter Haines et al. "Artificial Muscles from Fishing Line and Sewing Thread". Science, 21 de febrero de 2014.

Fuente: Sinc. Aportado por Eduardo J. Carletti

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