Noticia 010/2018
Robots líquidos
Laura Vargas-Parada
14 de febrero de 2018
Las gotas están en todas partes. Tienen gran importancia en diversos fenómenos naturales –como la condensación— así como en incontables procesos industriales. De ahí que sus propiedades se estudien desde áreas tan diversas como la fisicoquímica, la mecánica de fluidos, la ingeniería química, la ciencia de materiales y la micro y nanotecnología.
Para Jitka Cejkova, doctora en ingeniería química de la University of Chemistry and Technology Prague , una gota líquida puede verse como una substancia blanda animada. “Basándonos en sus propiedades químicas y activadas por medio de dinámica de fluidos podemos considerar a las gotas como robots líquidos con características propias de los sistemas vivos”, dijo a un auditorio lleno durante la Segunda Semana de Ciencias de la Complejidad el pasado 1 de febrero.
Los robots líquidos de la Dra. Cejkova pueden moverse de manera autónoma y navegar laberintos, dividirse, cambiar de forma, o presentar comportamiento colectivo –coordinando su movimiento con otras gotas—. Estos robots pueden elaborarse a partir de diversas sustancias, incluyendo gotas líquidas y geles; su movimiento autónomo es posible gracias al uso de potenciales químicos.
Los robots tienen otro atractivo más personal para la investigadora checa: están estrechamente ligados a la cultura de su país. La palabra “robot” fue utilizada por primera vez por el checo Karel Čapek en su obra de ciencia ficción R.U.R. estrenada en 1921.
Cejkova explica cómo se interesó en los robos aquí: https://youtu.be/u4jaDmK_wLU
Física y química en acción
Las gotas son entidades líquidas donde las fuerzas de atracción y repulsión en una interface dan lugar a la tensión superficial, que define entre otras cosas la forma de la gota. El movimiento de las gotas puede controlarse a través de diversas fuerzas externas –como un gradiente de sustancias químicas o por gravitaxis— lo que permite reproducir el comportamiento de células o pequeños organismos que pueden moverse con una intención en respuesta a varios estímulos.
La composición química también puede determinar la capacidad de división de un robot líquido. Por ejemplo, cuando gotas de cloruro de metileno que contienen 45-50% de ácido 2-hexildecanoico (2-DHA) se colocan en una solución de KOH (pH 12) se produce la acumulación de 2-HDA deprotonado lo que incrementa el área interfacial y ocasiona que la gota se elongue. Eventualmente la gota se divide en dos gotas más pequeñas que pueden continuar dividiéndose de forma indefinida hasta disolverse, o el número de divisiones puede controlarse regulando el pH.
Un nuevo tipo de robot
Para Cejkova, cuando pensamos en robots la idea que predomina es la de los robots electromecánicos. Pero un robot, es un objeto artifical que puede en ciertos contextos hacer la vida humana más sencilla. De esta forma, con diversos ejemplos, mostró a los asistentes cómo una simple gota puede ser vista como un robot líquido con la habilidad de sensar gradientes e incluso sensarse entre sí, lo que permite movimiento quimiotáctico direccional y dinámicas de grupo. La composición de los robots individuales también afecta su comportamiento. Con estas habilidades rudimentarias es que las gotas pueden sensar gradientes químicos en ambientes complejos y recorrer los laberintos. El hecho de que sean materiales suaves y deformables les permite cambiar su forma, lo que abre la puerta a posibles aplicaciones en diversos campos de la ingeniería.
Sobre el futuro de sus investigaciones Cejkova comentó: “Por ejemplo, en el campo de la detección ambiental y la remediación, dispositivos basados en gotas podrían ser de gran valor y factibles desde el punto de vista técnico. Recientemente se ha demostrado que las gotas pueden encapsular sustancias químicas y realizar movimiento orientado en canales de microchip, con lo que podrían dispersar contaminantes”.