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 presentando el concepto y demostrando su capacidad al reutilizar arañas muertas como pinzas robóticas y aplicar 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 agarre simple y eficiente. La pinza de araña necrobótica es capaz de levantar objetos pequeños y ligeros, sirviendo así como una alternativa a las pequeñas pinzas mecánicas complejas y costosas. [6]
El principal atractivo del cuerpo de la araña en necrobótica es su mecanismo compacto de patas y el uso de presión hidráulica. [7] [8] La anatomía de la araña utiliza un sistema de presión hidráulico (fluido) simple. Las patas de araña tienen músculos flexores que naturalmente las contraen 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 las piernas debido al estado curvado natural de los músculos flexores. [1]
En julio de 2022, investigadores del Laboratorio de Innovación Preston de la Universidad Rice publicaron un artículo que detalla sus experimentos con la pinza. Aunque las arañas muertas ya no producen hemolinfa, Te Faye Yap (autor principal y graduado en ingeniería mecánica) descubrió que bombear aire a través de una aguja hacia 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).
La presión típica en las patas de una araña en reposo oscila entre 4 kPa y 6,1 kPa. Los investigadores extendieron las patas aumentando la presión interna de la araña a 5,5 kPa. [1] Bombear aire hacia el cuerpo aumenta la presión interna, lo que hace que las piernas se expandan. Bombear aire fuera del cuerpo disminuye la presión interna, lo que hace que las piernas se contraigan debido a los músculos flexores de las piernas. Cuando la presión interna disminuye a 0 kPa, la pinza se cerrará completamente, lo que permitirá que la pinza agarre objetos. Esta acción demuestra que a medida que disminuye la presión interna, aumenta la fuerza de agarre. A la inversa, cuando aumenta la presión interna, la fuerza de agarre disminuye. [1] Al agarrar perlas de acetato ponderadas individuales, se descubre que la pinza necrobótica alcanza una fuerza de agarre máxima de 0,35 milinewtons. [1] [6]
Para estimar las fuerzas de agarre de 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 prevé que un goliat devorador de pájaros de 200 gramos levante 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 fácil y frecuentemente, la pinza no sería práctica. Utilizando pruebas cíclicas, una serie de acciones repetidas, se descubre 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 piernas debido a la deshidratación. [1] Las articulaciones debilitadas y en descomposición provocan roturas y reemplazos frecuentes, lo que sirve como un obstáculo en la aplicación de la necrorobótica a escenarios del mundo real.
Una solución teórica a este problema es aplicar cera de abejas o un lubricante en las articulaciones. Los investigadores descubrieron que durante 10 días, la masa de una araña sin recubrimiento disminuyó 17 veces más que la masa de una araña cubierta con cera de abejas. [1] La lubricación de las articulaciones combate la deshidratación y frena la pérdida de materia orgánica.
La necrobótica puede servir como una alternativa rápida y precisa a los componentes mecánicos difíciles de fabricar. Debido a que las pinzas mecánicas pequeñas son costosas y complejas, se puede utilizar la pinza necrobótica como reemplazo. La fabricación de estas pinzas de 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 maniobra de objetos ligeros en espacios reducidos. También puede haber aplicaciones en microelectrónica en las que las pinzas necrorobóticas puedan realizar acciones simples de recogida y caída.
Además de la pinza de araña necrobótica, no existen otros conceptos robóticos en el subcampo de necrobótica. Los futuros conceptos necrorobóticos pueden utilizar robótica blanda y estímulos eléctricos para reutilizar material biótico en sistemas biohíbridos. Otra aplicación de la necrobótica es la utilización de estructuras óseas preexistentes para albergar componentes robóticos.
Con el uso de material orgánico, existe una mayor probabilidad de que el componente se descomponga y rompa en comparación con los sistemas mecánicos tradicionales. Es posible que se requiera trabajo y gestión adicionales para reemplazar estas pinzas si fallan. Además, las inconsistencias orgánicas con las arañas producirán 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.
Hay implicaciones morales detrás de la eutanasia de arañas por la robótica. [ dudoso - discutir ] [ aclaración necesaria ] [ cita necesaria ] Los límites éticos que la necrobótica empuja en la búsqueda de sistemas biohíbridos generan preocupación, 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 se debe buscar la necrobótica para hacer avanzar la ciencia. [9]