La investigación sobre robots microscópicos está abriendo nuevas posibilidades en campos críticos como la salud, la tecnología y el medio ambiente. Un grupo de científicos liderado por el profesor asistente Stewart Mallory de la Universidad Estatal de Pensilvania está explorando el comportamiento colectivo de partículas microscópicas autopropulsadas, en un campo emergente conocido como materia activa. El objetivo de su trabajo es desarrollar herramientas teóricas y computacionales que permitan controlar el comportamiento de la materia a esa escala, lo que podría llevar a la creación de nuevos materiales y dispositivos.
Recientemente, el equipo publicó un artículo en The Journal of Chemical Physics donde presentan una solución a un problema común en el microingeniería, el cual se centra en el diseño y creación de máquinas o dispositivos diminutos. Mallory explica que uno de los mayores retos en el diseño de objetos en movimiento, ya sean grandes o pequeños, es cómo su movimiento se ve alterado cuando se encuentran en un entorno confinado. Este fenómeno, conocido como dinámica de fila única, se puede observar en situaciones cotidianas como hacer cola o en el tráfico, donde los objetos no pueden sobrepasarse entre sí. Comprender este comportamiento es crucial para la aplicación de robots microscópicos en la entrega de medicamentos dentro del cuerpo humano.
Avances en la comprensión de la dinámica de partículas microscópicas
Este avance en la investigación ha cambiado la perspectiva de Mallory sobre el tráfico vehicular. Al igual que los coches en un camino de dos carriles, las partículas microscópicas se agrupan y ralentizan su movimiento en entornos confinados. Este tipo de comportamiento se traduce en lo que se conoce como “atascos de tráfico fantasma”, donde las ralentizaciones surgen espontáneamente por pequeñas fluctuaciones en la velocidad o el espacio entre vehículos, lo que se amplifica con el tiempo.
Otro aspecto destacado en la investigación son las partículas de Janus, que fueron inventadas por un equipo de científicos de Penn State hace dos décadas. Estas nanopartículas, que se mueven por sí solas gracias a su diseño de dos regiones químicamente distintas, tienen aplicaciones potenciales que van desde la entrega dirigida de medicamentos hasta la limpieza de microplásticos en el medio ambiente. Mediante el ajuste de su composición química, los investigadores pueden controlar cómo y dónde se mueven estas partículas en respuesta a señales químicas, lo que abre la puerta a nuevas aplicaciones en biomedicina y ecología.
En su laboratorio, Mallory y su equipo están trabajando en el desarrollo de teorías y modelos computacionales que permitan entender mejor cómo se comportan estas partículas en diferentes entornos. Este esfuerzo es fundamental para la creación de dispositivos a escala microscópica que puedan utilizarse en la entrega de fármacos y en la limpieza de contaminantes. Por ejemplo, han investigado nanopartículas hechas de carbonato de calcio que responden a gradientes de pH generados por células cancerosas, permitiendo que nadan hacia ellas y potencialmente transporten medicamentos dirigidos.
La investigación no solo se limita a la medicina; también se aplica al campo de los materiales, donde se busca mejorar los procesos de autoensamblaje a través de partículas autopropulsadas. Este enfoque podría revolucionar la forma en que se construyen estructuras a nivel microscópico, facilitando el diseño de nuevos materiales con propiedades específicas.
En conclusión, la exploración de la materia activa y su aplicación en la creación de robots microscópicos está en la vanguardia de la ciencia moderna y promete transformar nuestra comprensión y capacidad de intervención en problemas críticos que enfrenta la humanidad, desde la salud hasta la contaminación ambiental.
