『Historia de portada』¡De nanómetros a submilímetros: la transformación de los microrobots!

Volumen 24 Número 1, enero de 2025

Qingkun Liu, Wei Wang, Himani Sinhmar, Itay Griniasty, Jason Z. Kim, Jacob T. Pelster, Paragkumar Chaudhari, Michael F. Reynolds, Michael C. Cao, David A. Muller, Alyssa B. Apsel, Nicholas L. Abbott, Hadas Kress-Gazit, Paul L. McEuen e Itai Cohen

La portada de este número de Materiales de la naturaleza es "Robots microscópicos de metaláminas configurables electrónicamente" publicado por Profesor Itai Cohen de la Universidad de Cornell y Profesor asociado Liu Qingkun de la Universidad Jiao Tong de Shanghai.

Antecedentes de investigación

En el campo de la microbiología, la transformación de forma es esencial para el movimiento de organismos diminutos. Sin embargo, lograr este cambio de forma en robots submilimétricos siempre ha sido un desafío técnico. Esto se debe principalmente a que, a medida que disminuye el tamaño, diversos obstáculos asociados con la miniaturización (como la dificultad de fabricación, el diseño del mecanismo de accionamiento, etc.) se vuelven particularmente importantes. Por lo tanto, el desarrollo de robots que puedan lograr el cambio de forma a microescala es fundamental para impulsar el desarrollo de la tecnología microrrobótica.

Importancia de la investigación

Este estudio demostró con éxito la creación de robots microscópicos electrónicos programables y deformables de metalámina, superando los desafíos de la miniaturización. Estos robots utilizan una estructura de kirigami de cinco órdenes de magnitud, desde bisagras de 10 nanómetros accionadas electroquímicamente hasta paneles desplegables de 100 micrómetros para lograr la expansión local. Estos paneles están organizados en celdas unitarias que pueden expandirse y contraerse hasta un 40 %, creando una metasuperficie con más de 200 bisagras y áreas independientes accionadas electrónicamente dentro de un tamaño de robot de aproximadamente 1 mm. Este diseño permite al robot alternar entre diferentes geometrías objetivo con distribuciones de curvatura únicas. Mediante el accionamiento electrónico de áreas independientes y la preconfiguración de retardos de fase, este estudio también logró la marcha del robot.

Este resultado de investigación no solo demuestra la viabilidad de los cambios morfológicos a escala microscópica, sino que también abre un nuevo camino para el desarrollo de robots microscópicos, continuos, adaptables y programables. Esto no solo supone un gran avance en el campo de la robótica, sino que también proporciona una base teórica y soporte técnico para una amplia gama de aplicaciones, como micromáquinas reconfigurables, metasuperficies ópticas ajustables y microdispositivos biomédicos.

Perspectivas de investigación

Se espera que este resultado de investigación impulse el desarrollo de diversas aplicaciones innovadoras. En el campo de las micromáquinas reconfigurables, esta tecnología de cambio morfológico microscópico permite fabricar micromáquinas que ajustan automáticamente su forma según los cambios ambientales o los requisitos de la tarea. En el campo de las metasuperficies ópticas ajustables, el ajuste dinámico de la morfología de la metasuperficie permite una manipulación precisa de la luz, lo que revoluciona campos como las comunicaciones ópticas, la imagenología y la detección. Además, en el campo de la biomedicina, se prevé que este microrrobot programable se utilice en campos de vanguardia como la medicina de precisión, la administración de fármacos in vivo y la microcirugía, mejorando considerablemente la eficiencia y la precisión médicas.

Proceso de diseño de portada

1. El diseño de la portada se centra en mostrar la capacidad de deformación de los robots microscópicos bajo configuración electrónica. Al destacar los cambios estructurales de estos microrrobots a diferentes escalas, el diseño transmite la capacidad de deformación de los robots, desde el nivel nanométrico hasta el submilimétrico, mencionada en el artículo. La paleta de colores principal es el dorado y el naranja, a menudo asociados con la tecnología, el futuro y la energía. El efecto degradado del dorado y el naranja realza el impacto visual, a la vez que realza la tridimensionalidad y el dinamismo de la estructura. El fondo utiliza un tono más oscuro para resaltar la brillante estructura del robot en primer plano.
2. El estilo de diseño tiende a combinar tecnología futurista con abstracción, y la sensación general es muy moderna y de alta tecnología. La microscópica estructura robótica de la portada se presenta en forma geométrica tridimensional, y la superposición visual se ve realzada por efectos de luz y sombra. La portada también utiliza un patrón de fondo en forma de cuadrícula, que evoca el concepto de digitalización y realidad virtual. La microscópica estructura robótica de la portada se logra mediante un modelado geométrico complejo, mostrando una forma delicada y futurista. La estructura robótica presenta un diseño similar al kirigami, lo que sugiere su naturaleza deformable. El modelado es rico en detalles, y el reflejo de la superficie y el procesamiento de las sombras son delicados, lo que realza la sensación tridimensional y real.
3. La portada transmitió con éxito la capacidad de los robots microscópicos para transformarse bajo una configuración electrónica mediante un diseño futurista y tecnológico, atrayendo la atención de los lectores a la vez que reflejaba la tecnología de vanguardia y la innovación en este campo. Finalmente, la portada recibió un gran reconocimiento de profesores y editores de revistas y se publicó con éxito.