Necrobótica

La necrobótica es la práctica de utilizar materiales bióticos (u organismos muertos) como componentes robóticos. ^[1] En julio de 2022, investigadores del Laboratorio de Innovación Preston de la Universidad Rice en Houston, Texas, publicaron un artículo en Advanced Science en el que presentaban el concepto y demostraban su capacidad reutilizando arañas muertas como pinzas robóticas y aplicando aire presurizado para activar sus brazos de agarre. ^{[1] [2] [3] [4] [5]}

Necrobotics utiliza el sistema hidráulico orgánico de la araña y sus patas compactas para crear un sistema de pinzas eficiente y simple. La pinza de araña necrobótica es capaz de levantar objetos pequeños y livianos, por lo que sirve como una alternativa a las pinzas mecánicas pequeñas, complejas y costosas. ^[6]

El principal atractivo del cuerpo de la araña en la necrobótica es su mecanismo de patas compacto y el uso de presión hidráulica. ^{[7] [8]} La anatomía de la araña utiliza un sistema de presión hidráulica (fluídica) simple. Las patas de araña tienen músculos flexores que contraen naturalmente sus patas cuando están relajadas. ^{[1] [8]} Se requiere una fuerza para enderezar y extender sus patas, lo que las arañas logran bombeando líquido hemolinfa (sangre) a través de sus articulaciones como medio de presión hidráulica. ^{[6] [8]} No se necesita energía externa para curvar sus patas debido al estado curvado natural de sus músculos flexores. ^[1]

En julio de 2022, los investigadores del Laboratorio de Innovación de Preston en la Universidad Rice publicaron un artículo en el que detallaban sus experimentos con la pinza. Aunque las arañas muertas ya no producen hemolinfa, Te Faye Yap (autor principal y licenciado en ingeniería mecánica) descubrió que bombear aire a través de una aguja en el cefalotórax de la araña logra los mismos resultados que la hemolinfa. ^[1] El sistema hidráulico (fluido) original se convierte esencialmente en un sistema neumático (aire).

1. Consigue una araña (preferiblemente una araña lobo)
2. Eutanasia de la araña utilizando una temperatura fría de alrededor de -4 °C durante 5 a 7 días.
3. Inserte una aguja hipodérmica de calibre 25 en el cefalotórax (cuerpo principal) de la araña.
4. Aplique pegamento alrededor de la aguja para formar un sello y déjelo secar.
5. Conecte una jeringa o bomba a la aguja.
6. Extiende las patas de la araña bombeando aire ^[1]

La presión típica en las patas de una araña en reposo varía de 4 kPa a 6,1 kPa. Los investigadores extendieron las patas aumentando la presión interna de la araña a 5,5 kPa. ^[1] Bombear aire dentro del cuerpo aumenta la presión interna, lo que hace que las patas se expandan. Bombear aire fuera del cuerpo disminuye la presión interna, lo que hace que las patas se contraigan debido a los músculos flexores de las patas. Cuando la presión interna disminuye a 0 kPa, la pinza estaría completamente cerrada, lo que le permitiría agarrar objetos. Esta acción demuestra que a medida que la presión interna disminuye, la fuerza de agarre aumenta. A la inversa, cuando la presión interna aumenta, la fuerza de agarre disminuye. ^[1] Al agarrar perlas de acetato con peso individuales, se descubrió que la pinza necrobótica alcanza una fuerza de agarre máxima de 0,35 milinewtons. ^{[1] [6]}

Para estimar las fuerzas de agarre de las arañas más pequeñas y más grandes, los investigadores crearon un gráfico para predecir la fuerza de agarre en relación con el tamaño de la araña. El peso corporal de la araña lobo es relativamente igual a la fuerza de agarre de sus patas. ^[1] La masa de la pinza es de 33,5 mg y puede levantar 1,3 veces su peso corporal (43,6 mg o 0,35 mN). ^{[1] Sin embargo, con arañas más grandes, la fuerza de agarre en relación con el peso corporal disminuye. Por ejemplo, se predice que un} pájaro goliat de 200 gramos levantará el 10% de su peso (20 gramos o 196 mN). ^{[1] [6]} Aunque existe una relación inversa entre la masa de la araña y la fuerza de agarre, las arañas más grandes ejercen mayores fuerzas de agarre que las arañas más pequeñas.

La funcionalidad de la pinza necrobótica depende completamente de la integridad estructural de la araña. Si la araña se rompiera con facilidad y frecuencia, la pinza no sería práctica. Mediante pruebas cíclicas, una serie de acciones repetidas, se descubrió que la pinza necrobótica puede actuar de 700 a 1000 veces. ^[6] Después de 1000 ciclos, comienzan a formarse grietas en la membrana de las articulaciones de las patas debido a la deshidratación. ^[1] Las articulaciones debilitadas y en descomposición conducen a roturas y reemplazos frecuentes, lo que constituye un obstáculo para la aplicación de la necrobótica en escenarios del mundo real.

Una solución teórica para este problema es aplicar cera de abejas o un lubricante en las articulaciones. Los investigadores descubrieron que, en el transcurso de 10 días, la masa de una araña sin revestimiento disminuyó 17 veces más que la masa de una araña recubierta con cera de abejas. ^[1] Lubricar las articulaciones combate la deshidratación y retrasa la pérdida de material orgánico.

La necrobótica puede servir como una alternativa rápida y precisa a los componentes mecánicos que son difíciles de fabricar. Debido a que las pinzas mecánicas pequeñas son costosas y complejas, la pinza necrobótica puede usarse como reemplazo. La fabricación de estas pinzas araña neumáticas se puede realizar en menos de 30 minutos y tienen una vida útil relativamente larga de 1000 ciclos. ^[1] La pinza necrobótica es ideal para procesos que requieren una manipulación delicada de materiales y la maniobra de objetos ligeros en espacios reducidos. También puede haber aplicaciones en microelectrónica donde las pinzas necrobóticas pueden manejar acciones simples de recogida y caída.

Aparte de la pinza de araña necrobótica, no existen otros conceptos robóticos en el subcampo de la necrobótica. Los conceptos necrobóticos futuros pueden utilizar robótica blanda y estímulos eléctricos para reutilizar material biótico en sistemas biohíbridos. Otra aplicación de la necrobótica es utilizar estructuras óseas preexistentes para alojar componentes robóticos.

Con el uso de material orgánico, existe una mayor probabilidad de que el componente se descomponga y se rompa en comparación con los sistemas mecánicos tradicionales. Puede ser necesario un trabajo y una gestión adicionales para reemplazar estas pinzas si fallan. Además, las inconsistencias orgánicas con las arañas darán resultados inexactos. No todas las arañas lobo se desarrollan de la misma manera, por lo que la fuerza de agarre y la contracción de las patas pueden variar entre las pinzas.

Existen implicaciones morales detrás de la eutanasia de arañas para la robótica. ^{[¿ según quién? ]} Los límites éticos que la necrobótica empuja en la búsqueda de sistemas biohíbridos plantean preocupaciones, ya que los oponentes dicen que puede conducir a la hibridación de mamíferos y es intrusivo para la naturaleza. ^[9] Los defensores responden que la reutilización de animales muertos ha sido una práctica humana durante milenios y que la necrobótica debería perseguirse para hacer avanzar la ciencia. ^[9]

• Bioimpresión 3D
• Ingeniería biomédica
• Sustituto de sangre
• Animal de control remoto
• Robótica blanda
• Zombie § Estudios académicos teóricos