Agencias, Ciudad de México.- Como un arado tirado por bueyes, investigadores de la Universidad de Tokio han creado máquinas microscópicas que pueden ser movidas por pequeñas y vivaces algas verdes unicelulares.
Las algas se capturan en cestas unidas a las micromáquinas, que han sido cuidadosamente diseñadas para dejarles suficiente espacio para seguir nadando.
Se crearon dos tipos de vehículos: el “rotador”, que gira como una rueda, y el “scooter”, que estaba destinado a moverse hacia adelante, pero en las pruebas se movió de manera más sorprendente. El equipo está planeando probar diseños diferentes y más complejos para sus próximos vehículos. En el futuro, estos miniequipos de algas podrían usarse para ayudar con la ingeniería y la investigación ambiental a nivel micro.
“Nos inspiró la idea de intentar aprovechar la Chlamydomonas reinhardtii, un alga muy común que se encuentra en todo el mundo, después de quedar impresionados por su capacidad de natación rápida y sin restricciones”, dijo en un comunicado Naoto Shimizu, un estudiante de la Escuela de Posgrado de Ciencias de la Información y Tecnología de la Universidad de Tokio, que inició el proyecto. “Ahora hemos demostrado que estas algas pueden atraparse sin perjudicar su movilidad, lo que ofrece una nueva opción para propulsar micromáquinas que podrían usarse con fines de ingeniería o investigación”.
Las micromáquinas se crearon utilizando una tecnología de impresión 3D llamada estereolitografía de dos fotones. Esta impresora utiliza luz para crear microestructuras a partir de plástico. El equipo trabajó a una escala de 1 micrómetro, equivalente a 0.001 milímetros. Según los investigadores, la parte más desafiante fue optimizar el diseño de la trampa en forma de canasta, de modo que pudiera capturar y retener eficazmente las algas cuando nadaran hacia ella.
Las trampas se unieron a dos micromáquinas diferentes. El primero, llamado scooter, tiene dos trampas que contienen un alga en cada una y se parece un poco a un podracer de Star Wars. El segundo, llamado rotador, tiene cuatro trampas que contienen en total cuatro algas y es similar a una noria. El tamaño y la forma de las cestas permitieron que los dos flagelos (pequeños apéndices en forma de látigo) de las algas siguieran moviéndose, impulsando las máquinas.
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En conjunto, las estructuras que han diseñado para atrapar CR de manera eficiente ilustran el potencial de aprovechar su fuerza de propulsión para la conversión efectiva en energía mecánica para micromáquinas. Esta estrategia revela nuevos caminos en las ciencias fundamentales al explorar la dinámica del movimiento de los CR, así como en el área de investigación que se centra en micromáquinas en los líquidos que transforman el movimiento en trabajo a través de las actividades.
“Como esperábamos, el rotator mostró un movimiento de rotación suave. Sin embargo, nos sorprendió el scooter. Pensamos que se movería en una dirección, ya que las algas miran en la misma dirección. En cambio, observamos una serie de movimientos erráticos de balanceo y volteo”, explicó la autora principal del proyecto, la investigadora asociada Haruka Oda, también de la Escuela de Graduados de Ciencias de la Información y Tecnología (IST). “Esto nos ha impulsado a investigar más a fondo cómo el movimiento colectivo de múltiples algas influye en el movimiento de la micromáquina”.
Según los investigadores, la principal ventaja de estas micromáquinas sobre las impulsadas por diferentes organismos es que ni la máquina ni las algas requieren ninguna modificación química. Las algas no necesitan estructuras externas que las guíen hasta la trampa, lo que permite una mayor libertad de movimiento para la micromáquina y simplifica el proceso.
Todavía no sabemos cuánto tiempo pueden sobrevivir y seguir funcionando estos microcarros y sus diminutos corceles. Las Chlamydomonas reinhardtii individuales pueden vivir unos dos días y multiplicarse para producir cuatro nuevas algas. Los experimentos se llevaron a cabo durante varias horas, durante las cuales las micromáquinas mantuvieron su forma.
A continuación, el equipo quiere mejorar el rotador para que gire más rápido y crear nuevos diseños de máquinas más complejos. “Los métodos desarrollados aquí no solo son útiles para visualizar los movimientos individuales de las algas, sino también para desarrollar una herramienta que pueda analizar sus movimientos coordinados en condiciones limitadas”, dijo el profesor Shoji Takeuchi del IST, quien supervisó el proyecto. “Estos métodos tienen el potencial de evolucionar en el futuro hacia una tecnología que pueda usarse para el monitoreo ambiental en entornos acuáticos y para el transporte de sustancias mediante microorganismos, como el movimiento de contaminantes o nutrientes en el agua”.
Para evaluar el rendimiento del trampeo, las trampas fueron fotografiadas cada segundo durante un período de 15 min, coincidiendo con la aplicación de la solución CR a la muestra. En esta configuración experimental, el atrapamiento se definió como el momento en que CR hizo contacto con el lado interno del anillo de 7µm en la micromáquina y permaneció en esta posición durante 2 so más.
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— UTokyo | 東京大学 (@UTokyo_News_en) July 9, 2024
