Investigadores de la Universidad de Binghamton, liderados por el profesor Seokheun “Sean” Choi, han desarrollado un “insecto” autoalimentado capaz de deslizarse por el agua, con el potencial de revolucionar la robótica acuática. Publicado en la revista Advanced Materials Technologies, este avance promete transformar la manera en que monitoreamos los ecosistemas acuáticos.
Los futuristas predicen que más de un billón de nodos autónomos estarán integrados en todas las actividades humanas para 2035, como parte del “internet de las cosas” (IoT). Sin embargo, el 71% de la superficie terrestre está cubierta de agua, lo que presenta desafíos ambientales y logísticos significativos. Para abordar estos problemas, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados de Defensa de EE. UU. (DARPA) ha iniciado el programa Ocean of Things.
Durante la última década, el profesor Choi, junto con Anwar Elhadad, Ph.D., y la estudiante de doctorado Yang “Lexi” Gao, han trabajado en el desarrollo de biobaterías alimentadas por bacterias con una vida útil potencial de 100 años. Estos robots acuáticos utilizan tecnología similar debido a su mayor fiabilidad en condiciones adversas en comparación con los sistemas de energía solar, cinética o térmica. Una interfaz Janus, hidrofílica en un lado e hidrofóbica en el otro, permite la entrada de nutrientes del agua y los mantiene dentro del dispositivo para alimentar la producción de esporas bacterianas.
“Cuando el ambiente es favorable para las bacterias, se convierten en células vegetativas y generan energía”, explicó Choi. “Pero cuando las condiciones no son favorables, como en situaciones de mucho frío o falta de nutrientes, vuelven a ser esporas. De esta manera, podemos extender la vida operativa.”
La investigación del equipo de Binghamton mostró una generación de energía cercana a 1 milivatio, suficiente para operar el movimiento mecánico del robot y cualquier sensor que pueda rastrear datos ambientales como la temperatura del agua, niveles de contaminación, movimientos de embarcaciones comerciales y aviones, y comportamientos de animales acuáticos. La capacidad de enviar estos robots a donde se necesiten representa una clara mejora con respecto a los “flotadores inteligentes” actuales, que son sensores estacionarios anclados en un solo lugar.
El diseño del robot está inspirado en los insectos zapateros, utilizando una plataforma ligera y de baja densidad construida con plástico duradero. Un arreglo de celdas de combustible microbianas (MFC) se integra en la parte inferior de la plataforma, permitiendo la interacción directa con el agua para acceder a nutrientes y humedad. El diseño de las anclas Janus facilita un flujo dirigido de nutrientes, mejorando la eficiencia metabólica de los microorganismos a bordo, especialmente Bacillus subtilis (Bacillus subtilis).
El siguiente paso en la refinación de estos robots acuáticos es probar qué bacterias son las mejores para producir energía bajo condiciones oceánicas estresantes. “Usamos células bacterianas muy comunes, pero necesitamos estudiar más para saber qué vive realmente en esas áreas del océano”, comentó Choi. “Anteriormente, demostramos que la combinación de múltiples células bacterianas puede mejorar la sostenibilidad y la potencia, así que esa es otra idea. Tal vez, usando aprendizaje automático, podamos encontrar la combinación óptima de especies bacterianas para mejorar la densidad de potencia y la sostenibilidad.”
Este avance abre nuevas oportunidades para la exploración y el estudio científico en zonas marinas previamente inaccesibles, marcando un paso importante hacia la integración de tecnologías bioinspiradas en el diseño robótico y la preservación ambiental. La investigación demuestra la viabilidad de utilizar procesos naturales para el avance tecnológico, estableciendo nuevos estándares en el diseño de sistemas autónomos y ofreciendo importantes contribuciones en áreas críticas como la comunicación, navegación, seguridad, respuesta a desastres y vigilancia ambiental en entornos acuáticos.
Publicación científica de respaldo:
Elhadad, A., Gao, Y., & Choi, S. (2024). Revolutionizing Aquatic Robotics: Advanced Biomimetic Strategies for Self‐Powered Mobility Across Water Surfaces. Advanced Materials Technologies, 2400426. Página web
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