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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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Un robot plegable y descartable del MIT que ya puede hacer varias tareas

En la reunión ICRA (International Conference on Robotics and Automation de IEEE) de 2015 en Seattle, los investigadores del MIT hicieron la demostración de un robot origami en miniatura que se autopliega, y luego puede marchar, nadar, y luego se puede descartar

De hecho, es el título del artículo, donde se plasman todos estos anuncios: a partir de una hoja plana con un imán dentro de ella, el robot se dobla sobre sí mismo en sólo unos segundos y está listo inmediatamente para recorrer el terreno o el agua impulsado por campos magnéticos, y luego, cuando ha cumplido con las tareas a realizar con él, se lo lleva a un depósito de acetona, donde se disuelve. Esta es la primera vez que se pudo demostrar un ciclo de vida completo de este tipo en un robot, y dentro de un tiempo todo esto lo podrá hacer dentro de un cuerpo humano.

El robot desplegado, cuya estructura está hecha de capas de PVC y poliestireno o papel cortadas con láser e intercalados entre sí, y un imán, sólo pesa 0,31 g y mide 1,7 cm de lado. Al colocarlo en una plataforma que le aplica calor, el PVC se contrae y produce pliegues en aquellos lugares donde se han realizado precisos cortes en las capas estructurales.

En menos de un minuto, el robot está terminado y listo para avanzar tranquilamente por el mundo a velocidades de entre 3 y 4 cm/s.

Hay que resaltar que el «motor» del robot en realidad no está del todo integrado en el conjunto autoplegable que se puede disolver. El motor se compone de dos partes: un imán permanente cúbico de neodimio que queda envuelto en el interior del robot, y además un conjunto de cuatro bobinas electromagnéticas debajo de la superficie, que mueven al robot al proporcionar los campos magnéticos que lo impulsan.

A esta altura, usted podría preguntarse para qué se necesita la parte plegada del robot si tienes un campo magnético que puede arrastrar el imán… y hay una buena respuesta. En primer lugar, el campo magnético no arrastra el imán hacia cualquier lugar: el campo es direccional, y se enciende y apaga a una frecuencia de alrededor de 15 Hz. Esto hace que el imán unido al robot oscile hacia atrás y adelante, moviendo junto a él la envoltura plegada. Mientras sucede esto, las «patas» delanteras y traseras del robot (que son parte parte del material plegado) hacen contacto con el suelo alternativamente, y la asimetría del diseño combinada con el punto de equilibrio, ubicado intencionadamente fuera del centro, hace que el robot camine hacia adelante.


El robot de origami y los métodos para moverlo.
(a) Vista del sistema. (b) Patrón de pliegue.
(c) Modo de avance por control basado en torque.
(d) Modo de control de natación basado en la fuerza

Nada de esto funciona en el robot cuando su estructura está plana, sin plegar: tiene que estar doblado en esta forma para poder caminar.

Las otras ventajas de utilizar un robot plegado en lugar de solo el imán son la capacidad de navegar en un líquido, así como la capacidad de realizar con más eficiencia tareas como mover objetos, o introducirse entre ellos. Y este no es el único diseño que se puede utilizar. Por supuesto, se puede optimizar para cualquier tarea que se esté tratando de realizar.


El sistema de bobinas electromagnéticas que impulsan el robot

Esta que se ve en el video es un modelo generalista. Si usted quiere lograr algo realmente de lujo, también se puede hacer que el proceso de plegado tenga varias etapas: un calor suave lleva a la primera configuración, y luego se aumenta el calor, con lo que se podría obtener una segunda etapa de plegado que resulta en un diseño diferente.

Una vez que hayas terminado de jugar con él, se puede llevar al robot a un tanque de acetona, donde será totalmente disuelto (a excepción del imán). También es posible hacer la capa estructural del robot de un material que se disuelva en agua. Hacer que todo el robot se disuelva en el agua es un poco más complicado, pero los investigadores tienen confíanza en que va a ser posible en un futuro próximo. También es posible que en un futuro próximo se integren sensores autoplegables en el cuerpo del robot, lo que podría llevar a un funcionamiento autónomo, y, finalmente, hacer todo dentro de su cuerpo.

 

 

Publicación original: An Untethered Miniature Origami Robot That Self-folds, Walks, Swims, and Degrades, por Shuhei Miyashita, Steven Guitron, Marvin Ludersdorfer, Cynthia R. Sung y Daniela Rus del MIT y TU Munich. Fue presenteda en la reunión ICRA 2015 en Seattle.

Fuente: IEEE. Aportado por Eduardo J. Carletti

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Una empresa de EE UU diseña un avión inflable para volar en Venus

El VAMP (Venus Atmospheric Maneuverable Platform en inglés, de Plataforma Atmosférica Maniobrable en Venus) podría viajar al planeta vecino en 2021 si la NASA lo selecciona en su programa Nuevas Fronteras

En la superficie de Venus hay una temperatura de 460 grados centígrados, más que suficiente para fundir el plomo, y la presión es de 90 atmósferas (más o menos igual que en el océano terrestre a 900 metros de profundidad). La densa atmósfera rica en ácido sulfúrico en ese planeta con un potente efecto invernadero complica aún más las cosas. En tales condiciones, las sondas espaciales que han logrado llegar al suelo han funcionado menos de dos horas, como mucho, y la investigación del planeta vecino se ha basado en naves en órbita allí.

Pero una empresa estadounidense, Northrop, está desarrollando una alternativa nueva de vehículo para la exploración espacial: un avión no tripulado inflable, propulsado, que podría volar durante un año a media altura en Venus. La idea está verde todavía desde el punto de vista del desarrollo de tecnologías necesarias y de ensayos con prototipos. Pero sus responsables son optimistas y aspiran a salir airosos en la selección que hará la NASA, el próximo otoño, en el programa Nuevas Fronteras de misiones planetarias futuristas, con una financiación de hasta 880 millones de euros y para estar listas hacia 2021.

El avión, denominado VAMP (siglas, en inglés, de Plataforma Atmosférica Maniobrable en Venus), de 55 metros de envergadura, partiría de la Tierra en un cohete convencional, viajará en una nave interplanetaria, se desplegaría al llegar al planeta rellenándose de algún gas, como hidrógeno, y empezaría a volar con unos 50 kilos instrumentos científicos a bordo.

“El VAMP es un aeroplano inflable muy grande, pero increíblemente ligero, que integra diferentes capacidades de Northrop Grumman en aviones no tripulados desplegables, semiflotantes, y en tecnología espacial, en un vehículo de exploración planetaria único”, señala la empresa, destacando que el objetivo es hacer “un vehículo de ágil maniobrabilidad, velocidad, resistencia y capacidad de llevar carga útil”. El avión, señala, podría volar entre varios meses y un año por la atmósfera de Venus, “combinando fases de vuelo propulsado y de planeo” a una altura de entre 55 y 70 kilómetros sobre la superficie.

A esa altura, las condiciones mejoran mucho respecto al suelo: la presión es similar a la que hay en la superficie terrestre, y la temperatura ronda los 15 grados centígrados, explica Space.com. Aunque las densas nubes de ácido sulfúrico siguen siendo un problema que exige soluciones radicales, por ejemplo, en materiales. El VAMP, volando allí, permitiría tomar datos científicos importantes acerca de la atmósfera y su interacción con la superficie. Pero el vehículo tendría que realizar con éxito ensayos con prototipos en entornos más o menos equiparables a los de destino para tener alguna opción en la próxima selección de la NASA, añade Space.com, citando a SpaceNews.

“Varias sondas de descenso de la antigua Unión Soviética aterrizaron en Venus. Solo fueron capaces de enviarnos información durante un corto período de tiempo porque las temperaturas extremadamente altas y la presión en la superficie allí fundieron y aplastaron las sondas”, recuerdan los expertos del Centro de Procesamiento Infrarrojo y Análisis (Caltech, EE UU) en su web Cool Cosmos. “El 15 de diciembre de 1970, la nave automática soviética Venera 7 se convirtió en el primer artefacto que aterrizó en otro planeta. Midió la temperatura de la atmósfera en Venus. En 1972, la Venera 8 tomó datos atmosféricos y de la superficie durante 50 minutos tras aterrizar y, el 22 de octubre de 1975, la Venera 9 descendió allí y tomó la primera fotografía de cerca del suelo venusiano”, continúan los expertos de Cool Cosmos. La sonda que más ha durado funcionando en el suelo de Venus fue la Venera 12, que envió datos durante 110 minutos, en 1978.

Desde el espacio, y mucho más recientemente, dos sondas espaciales han permitido conocer el planeta vecino gracias a los datos tomados durante años en órbita allí: la Magellan, de la NASA, estuvo dando vueltas a Venus desde 1990 a 1994 y su exploración con radar de la superficie permitió, por ejemplo, confeccionar un mapa detallado. Desde abril de 2006 hasta diciembre de 2014, ha sido la muy fructífera Venus Express, de la Agencia Europea del Espacio (ESA), la última misión en ese mundo vecino. En total, casi 40 misiones de exploración han tenido éxito total o parcial en Venus.

 

 

La alternativa de los investigadores de Northrup es ese dron superligero para volar por la infernal atmósfera venusiana. “El VAMP utilizaría motores alimentados por paneles solares y el calor emitido por la desintegración de un poco de plutonio-238 radiactivo”, explicaba el año pasado la web PhysOrg. Por la noche, el avión planearía y, dados los fortísimos vientos de Venus, los expertos han calculado que podría dar una vuelta completa al planeta cada seis días. Los datos tomados podrían ser enviados a la Tierra a través de la nave interplanetaria en la que el avión habría viajado hasta Venus, que se quedaría allí en órbita haciendo re repetidor de comunicaciones. El objetivo de una misión así comprender mejor la atmósfera del planeta y, si tuviese éxito, podría ser la base de futuros drones de investigación en otros cuerpos del Sistema solar, como Marte o incluso la luna Titán de Saturno.

Fuente: El País. Aportado por Eduardo J. Carletti

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