Científicos convierten cucarachas en paramédicos cíborg
En zonas afectadas por desastres naturales ya se utilizan robots pequeños y drones para buscar a personas atrapadas entre los escombros. El problema es que muchos huecos son demasiado estrechos, incluso para estos dispositivos, y resultan inaccesibles tanto para las personas como para los robots disponibles actualmente.
En este contexto, los "insectos cíborg", insectos vivos equipados con componentes electrónicos y controlados a distancia, han despertado interés como una herramienta ágil y de bajo consumo energético para operaciones de búsqueda. Sin embargo, hasta ahora, estos sistemas se habían centrado principalmente en localizar víctimas y no podían intervenir directamente para ayudarlas.
Por ello, un equipo de investigación de la Universidad de Queensland (UQ) y la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW) desarrolló Paraborg, utilizando la cucaracha rinoceronte (Macropanesthia rhinoceros), que habita en el norte de Queensland, no solo para la exploración sino también para brindar primeros auxilios a las víctimas de desastres.
"Durante los últimos veinte años, los insectos cíborg se han diseñado para misiones de búsqueda y exploración. Nosotros quisimos dar un paso más allá", explica el Dr. Tan-Vo Doan, investigador en biorrobótica de la UQ.
El Dr. Tan Vo Doan explica cómo operan los insectos cíborg.
Control mediante una combinación de estímulos eléctricos
La cucaracha rinoceronte es una especie de gran tamaño que alcanza una longitud de entre 84 y 87 mm y un peso de entre 34 y 40 g. Aprovechando este gran tamaño, el equipo de investigación creó dos tipos de Paraborg con funciones distintas: uno equipado con una cámara para grabar el estado de las víctimas y otro con un mecanismo de inyección automática (AIM) para administrar medicamentos.
Al aplicar estímulos eléctricos a los electrodos implantados en las antenas y las placas caudales de la cucaracha, es posible controlar a distancia la dirección de desplazamiento y la velocidad de marcha del insecto.
Según los investigadores, al estimular la antena izquierda, la cucaracha gira a la derecha, y al estimular la derecha, gira a la izquierda; además, cuanto mayor es la frecuencia de estimulación, en un rango de 10 a 50 Hz, mayor es el ángulo de giro. Asimismo, al estimular ambas placas caudales, aumenta la velocidad de avance. El mecanismo consiste en controlar con precisión el movimiento básico combinando estos dos tipos de estímulos.
El AIM es un pequeño dispositivo que dispara una jeringa mediante la fuerza de un resorte; inyecta el líquido en el objetivo empujando el tapón de goma (pistón) de la jeringa con la presión del dióxido de carbono generado por la reacción entre el ácido cítrico y el hidrogenocarbonato de potasio. La presión generada por esta reacción química alcanza su máximo (aproximadamente 470 kPa) en unos 4.5 segundos de media. Según se ha informado, la tasa de éxito de las inyecciones con el AIM por sí solo alcanzó el 74% en experimentos con silicona como objetivo y el 90% en experimentos con piel de cerdo. En ambos casos, la aguja de inyección penetró hasta una profundidad de unos 5.5 mm.
Cabe señalar que el peso máximo del equipo que puede llevar una cucaracha se estima en unos 50 g, lo que equivale a 1.5 veces su peso corporal. Según se ha observado, las cucarachas a las que se les ha acoplado el AIM aumentaron su altura total en unos 15 mm y su peso en unos 17 g, pero esto no supuso un gran obstáculo para su locomoción habitual.
Una cucaracha cíborg de cerca.
Fotografía: Universidad de Queensland
En el experimento, el equipo controló a distancia una cucaracha para que recorriera tres puntos de control y después administrara una inyección a un objetivo simulado. Cuando el insecto empezaba a responder menos a los estímulos eléctricos durante el recorrido, los investigadores aumentaban la frecuencia en 10 Hz o estimulaban la antena del lado contrario para hacerlo girar. Con estos ajustes, la cucaracha logró llegar a todos los puntos de control en cada intento.
Los resultados del experimento mostraron que la tasa de éxito al realizar la inyección a una distancia de menos de 150 mm del objetivo alcanzó un máximo de aproximadamente el 95%. Por otro lado, la tasa de éxito en el conjunto de la secuencia de operaciones, desde la salida hasta la finalización de la inyección, fue del 72%. "Es necesario mantener la estabilidad suficiente para desplazarse hasta el objetivo, determinar su posición con precisión y realizar la inyección", señala Hai Nyan Le, estudiante de doctorado, refiriéndose a los retos de ingeniería.
Además, el equipo de investigación ha demostrado con éxito el trabajo en equipo entre dos cucarachas: una que utiliza una cámara para localizar un objetivo simulado y la otra que actúa como inyectora. El proceso consiste en que la cucaracha con la cámara localiza el objetivo, mientras que la otra se desplaza hasta ese lugar y un operador humano inyecta mientras observa la transmisión de la cámara.
Su genoma conserva rastros de ADN bacteriano que podría haber adquirido una función biológica.
Aprovechar las capacidades de la naturaleza
Aunque el equipo de investigación ya había desarrollado un escarabajo cíborg capaz de trepar por paredes verticales, afirman que las cucarachas, al ser más grandes, son más adecuadas para llevar a cabo tareas especializadas de rescate. "En lugar de crear un único robot que se adapte a todo tipo de usos, aprovechamos las fortalezas innatas de los diferentes insectos y podemos cambiar el equipamiento según la misión", explica Võ Đăng.
Cabe señalar que, durante la colocación de los electrodos y los microchips, se administra anestesia a las cucarachas, y que, una vez retirados los dispositivos, estas siguen viviendo con normalidad. Un responsable del Departamento de Bomberos y Rescate de Nueva Gales del Sur también ha manifestado que esta tecnología podría convertirse en un nuevo medio para ampliar el ámbito de actuación de los equipos de rescate.
Sin embargo, este experimento no reprodujo las complejas condiciones ambientales que se encuentran en lugares reales de desastre, como escombros, terreno irregular y pasajes estrechos. Además, se ha planteado la posibilidad de adoptar un método de inyección más seguro, como un método de corto alcance en el que el dispositivo entra en contacto con el objetivo y luego se dispara con un resorte más suave, o un método de parche de microagujas que administra el fármaco simplemente presionándolo contra la piel.
La visión a largo plazo del equipo de investigación contempla una estructura en la que individuos equipados con cámaras y sensores ambientales, y otros con dispositivos médicos, trabajen juntos en grupos, asumiendo cada uno un rol específico. Vaux Doan confía en que, si se consiguen los recursos necesarios para acelerar la investigación y las pruebas de campo, un equipo de rescate formado por insectos cíborg que operen en zonas de desastre reales podría convertirse en realidad en un plazo de 5 a 10 años.
Artículo originalmente publicado en WIRED Japón. Adaptado por Alondra Flores.