La distancia era de ocho milímetros. La cucaracha era más alta que eso y lo sabía, del mismo modo que una cucaracha sabe las cosas. Bajó la cabeza, pasó sus antenas por la parte inferior de la contraventana que bloqueaba el pasillo y empujó. La persiana se levantó. El insecto pasó en poco menos de diez segundos, al igual que cualquiera de sus compañeros de jaula intactos. La diferencia era que éste tenía una radio, un microprocesador y una batería sellada dentro de su abdomen.
Ese detalle es el punto. Un equipo dirigido por Hirotaka Sato de la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur ha pasado años construyendo insectos controlados remotamente, y el campo tiene un hábito obstinado del que nunca ha podido deshacerse: atornilla el hardware en la parte superior.
El “insecto cyborg” estándar lleva sus componentes electrónicos como una mochila, una placa de circuito impreso pegada al tórax, conectada a las antenas para dirigir y a los órganos sensoriales traseros, los cerci, para moverse. Funciona sobre una mesa plana. Funciona bastante peor en ambientes desordenados, medio derrumbados, con tuberías y escombros que son la razón principal por la que alguien quiere una cucaracha dirigible en primer lugar. La mochila se engancha. El insecto, torcido y con la parte superior pesada, deja de comportarse como un insecto.
Entonces el grupo de Sato formuló una pregunta que parece obvia sólo en retrospectiva. ¿Qué pasa si pones el kit dentro?
El controlador que idearon mide diez milímetros de lado y unos tres de alto, pesa medio gramo y funciona con una batería de polímero de litio de nueve miliamperios hora que también va incorporada. Se comunica con una estación base por radio de menos de 1 GHz, alcanza aproximadamente 26 metros, y dispara pulsos eléctricos bifásicos para empujar al animal hacia la izquierda, hacia la derecha o hacia adelante. Un revestimiento de silicona la mantiene biocompatible y mantiene el interior de la cucaracha fuera de contacto con los circuitos desnudos. “Diseñamos un controlador inalámbrico que tiene sólo 10 mm de ancho, 10 mm de largo y 3 mm de alto, lo suficientemente pequeño como para implantarlo completamente en el abdomen de la cucaracha”, dice Sato.
El problema de la redondez
Aquí es donde se pone interesante, porque el beneficio no es el que imaginas. Se podría suponer que la victoria es el orden o el peso. Es geometría. Las cucarachas se abren paso a través de los huecos haciendo rodar sus cuerpos redondeados hacia los lados, un truco mecánico pasivo en el que la forma misma hace parte del trabajo, reduciendo la resistencia y ayudando al cuerpo a girar. Pega una tabla de plástico plana al lomo del animal y aplanarás esa redondez. El rollo deja de suceder.
Los números son contundentes al respecto. En una pista de pruebas con esa persiana de ocho milímetros, las cucarachas intactas salieron adelante el 95 por ciento de las veces. Los cyborgs que llevaban mochilas lo lograron en sólo el 15 por ciento de los intentos, y tardaron más del doble cuando lo hicieron, levantando repetidamente la persiana mucho más alto de lo necesario, y a menudo se dieron por vencidos e intentaron escalar. ¿Los insectos implantados? Un noventa por ciento de éxito y un tiempo de recorrido de 8,1 segundos, una fracción más rápido que los animales no modificados con 9,6. “El implante no altera la redondez del cuerpo ni la forma natural de andar en trípode”, afirma Sato. La forma estilizada se mantiene estilizada, que es exactamente lo que ayuda a un insecto a salir sacacorchos a través de una ranura demasiado pequeña para él.
Naturalmente, todavía había que mostrar la dirección, por lo que el equipo escribió un algoritmo de navegación automática y soltó a los cyborgs hacia un objetivo virtual. Cuando la velocidad de avance cayó por debajo de 5 mm/s, un pulso en los cercos hizo que el animal volviera a caminar; cuando su rumbo se desvió más de 45 grados de su rumbo, un estímulo de antena lo hizo retroceder. En 66 ensayos, alcanzó el objetivo aproximadamente el 91 por ciento de las veces. Luego vino el verdadero examen: un corredor de obstáculos de tres etapas formado por ladrillos apilados, una maraña de cables esparcidos al azar y una estrecha rendija. Los cyborgs de mochila despejaban la rendija el cero por ciento del tiempo. Los implantados lo atravesaron en un 63 por ciento, limpiaron los ladrillos en un 95 por ciento, los cables en un 89 por ciento y lo hicieron todo más rápido.
“La mochila a menudo se enganchaba con ladrillos o cables, lo que obligaba al insecto a desviarse o darse por vencido”, señala Sato. El implante, por el contrario, deja a la cucaracha libre para rodar, esquivar y avanzar, utilizando todo el repertorio conductual que la evolución ya le ha proporcionado.
El costo de entrar
Nada de esto es gratuito y el periódico es honesto sobre el costo. El procedimiento es la cirugía. Corte la membrana entre dos segmentos abdominales, deslice una batería y coloque el controlador más arriba del cuerpo. Los primeros intentos salieron mal: cuatro de siete insectos murieron en una semana, ya que los componentes electrónicos fueron forzados contra los tejidos internos. Después de que el equipo comenzó a separar suavemente esos tejidos con una pequeña espátula antes de la inserción, la supervivencia a los siete días aumentó del 43 al 86 por ciento, y varios animales vivieron más de 50 días y algunos más de 80.
Si eso cuenta como suficientemente bueno depende enteramente del trabajo. Para la búsqueda y rescate después de un terremoto, o para arrastrar un tramo de tubería entre dos alcantarillas, las misiones que los autores tienen en mente, se necesita que el animal trabaje desde horas hasta unos pocos días, no meses. Según ese criterio, podría decirse que la tecnología ya es utilizable. También hay preguntas más suaves, las que se ciernen sobre cualquier proyecto que convierta un animal vivo en una herramienta controlada a distancia, y el artículo no pretende resolverlas.
Lo que sí resuelve es una pieza de folklore de ingeniería que resulta estar equivocada. El montaje nunca fue un detalle de implementación menor para ser optimizado más adelante. “Nuestro estudio muestra que la forma en que se conecta la electrónica no es un detalle menor, sino que determina directamente si el cyborg puede realmente navegar por el terreno que debe explorar”, concluye Sato. Si lo hace mal, habrá construido un robot que falla exactamente en los lugares para los que fue creado; Si lo hacemos bien, la cucaracha seguirá siendo, mayoritariamente, una cucaracha. A continuación, el grupo quiere dispositivos electrónicos flexibles que se doblen con el abdomen, células de biocombustible o películas solares para deshacerse de la cirugía de batería, y cámaras y sensores a bordo para que el insecto pueda eventualmente encontrar su propio camino. La inteligencia corporal, conseguida con esfuerzo a lo largo de unos cientos de millones de años, se dejó cortésmente intacta.
Fuente: Cyborg y Bionic Systems, DOI: 10.34133/cbsystems.0589
Preguntas frecuentes
¿Por qué importa si los componentes electrónicos van dentro del insecto o en su espalda?
Porque el cuerpo redondeado de una cucaracha es parte de su forma de moverse a través de espacios reducidos, rodando y girando para deslizarse a través de espacios más estrechos que ella. Una tabla pegada al lomo aplana esa forma y el animal pierde el truco, mientras que un implante interno la deja intacta. En las pruebas, esa única diferencia hizo oscilar la tasa de éxito en un obstáculo del 15 por ciento al 90.
¿Es cierto que la cucaracha implantada se mueve tan bien como una normal?
Sorprendentemente cerca, sí. Los insectos implantados atravesaron una brecha de ocho milímetros en 8,1 segundos en promedio, un pelo más rápido que los 9,6 segundos que tardaron los controles intactos, y su forma de andar se mantuvo estadísticamente sin cambios. La cirugía agrega hardware sin entorpecer obviamente el movimiento natural del animal, que es la razón por la que el enfoque funciona.
¿Cómo se controla realmente una cucaracha viva?
El implante envía pequeños impulsos eléctricos a los órganos sensoriales del insecto: la estimulación de una antena hace que se aleje de ese lado y la estimulación de los cercos traseros lo incita a caminar hacia adelante. Un algoritmo puede unir estas señales para impulsar al animal hacia un objetivo por sí solo. El equipo incluso descubrió que pulsar ambas antenas a la vez durante poco más de un segundo hace que la cucaracha retroceda de manera confiable.
¿Podrían realmente utilizarse estos insectos cyborg en desastres?
Ese es el objetivo, siendo las búsquedas posteriores a los terremotos y la inspección de tuberías los principales usos. Los insectos sólo necesitan sobrevivir de horas a unos pocos días para tales misiones, y una cirugía refinada ahora mantiene a la mayoría con vida más allá de una semana. El trabajo restante es añadir cámaras y sensores para que puedan navegar sin un humano a los mandos.
¿Qué impide todavía que esto sea práctico a escala?
Tres cosas, principalmente: la implantación es una cirugía delicada, los tiempos de supervivencia aún varían y la batería rígida y la placa aún no se flexionan con el cuerpo del insecto. Los investigadores están buscando electrónica flexible y energía sin baterías, extraída de células de biocombustible o películas solares delgadas, para hacer que todo el paquete sea menos invasivo. Hasta entonces, cada cyborg está más cerca de ser una herramienta de corta duración que de un robot reutilizable.
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