Una de las áreas más prometedoras del campo de la robótica involucra pequeños robots y nanodispositivos basados en ADN, que los científicos creen que eventualmente serán capaces de administrar medicamentos específicos en el cuerpo humano. También podrían usarse para detectar patógenos y conducir al desarrollo de dispositivos electrónicos más pequeños.
Un avance reciente en esta área se produjo cuando los investigadores de la Universidad Estatal de Ohio desarrollaron una nueva herramienta que permite el diseño de robots y nanodispositivos de ADN mucho más complejos de lo que era posible anteriormente. Al mismo tiempo, estos sistemas más complejos se pueden desarrollar en solo una fracción del tiempo.
La investigación fue publicada el mes pasado en la revista Materiales de la naturalezay fue dirigido por el ex estudiante de doctorado en ingeniería Chao-Min Huang.
El nuevo software, llamado MagicDNA, ayuda a los investigadores a diseñar formas de combinar pequeñas hebras de ADN para crear estructuras complejas con partes como rotores y bisagras. Estas partes pueden moverse y completar varias tareas diferentes, como la entrega de medicamentos.
Según Carlos Castro, coautor de la investigación y profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial de la universidad, los investigadores tradicionalmente se han basado en herramientas más lentas y pasos manuales para estos procesos.
“Pero ahora, los nanodispositivos que antes nos tomaban varios días diseñar ahora nos toman solo unos minutos”, dijo Castro.
Estos nuevos diseños son mucho más complejos y crean nanodispositivos eficientes.
Hai-Jun Su es otro coautor y profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial en la universidad.
“Anteriormente, podíamos construir dispositivos con hasta seis componentes individuales y conectarlos con articulaciones y bisagras e intentar que ejecutaran movimientos complejos”, dijo Su.
“Con este software, no es difícil hacer robots u otros dispositivos con más de 20 componentes que son mucho más fáciles de controlar. Es un gran paso en nuestra capacidad para diseñar nanodispositivos que puedan realizar las acciones complejas que queremos que realicen”.
Los investigadores esperan que el software no solo cree mejores diseños y nanodispositivos más útiles, sino que también acelere el plazo para que se conviertan en herramientas cotidianas.
El nuevo enfoque permite a los investigadores llevar a cabo el proceso de diseño en 3D. Las herramientas anteriores funcionaban en 2D, lo que significaba que los investigadores tenían que mapear las creaciones en 3D. Al hacer esto, los dispositivos estaban limitados en su complejidad.
De abajo hacia arriba o de arriba hacia abajo
Otro aspecto clave del software es que permite a los investigadores crear estructuras de ADN “de abajo hacia arriba” o “de arriba hacia abajo”. Con el primero, los investigadores organizan hebras individuales de ADN en la estructura deseada, lo que significa que pueden tener un control preciso sobre la estructura y las propiedades del dispositivo local.
Con el enfoque “de arriba hacia abajo”, pueden decidir cómo se debe dar forma geométrica al dispositivo general y luego pueden automatizar la organización de las hebras de ADN. Al combinar las dos técnicas, la geometría general puede volverse más compleja mientras se mantiene un control preciso sobre las propiedades de los componentes individuales.
El software también permite a los investigadores simular cómo operarían los dispositivos de ADN diseñados en el mundo real.
“A medida que estas estructuras se vuelven más complejas, es difícil predecir exactamente cómo se verán y cómo se comportarán”, dijo Castro.
“Es fundamental poder simular cómo funcionarán realmente nuestros dispositivos. De lo contrario, perdemos mucho tiempo”.
Creando las Nanoestructuras
Anjelica Kucinic es coautora y estudiante de doctorado en ingeniería química y biomolecular en el estado de Ohio. Kucinic dirigió al equipo de investigadores en la fabricación y caracterización de nanoestructuras diseñadas por el software.
Los dispositivos creados por el equipo incluían brazos robóticos con garras y una estructura de cien nanómetros que parece un avión. Este último es 1000 veces más pequeño que el ancho de un solo cabello humano.
Estos dispositivos podrían tener grandes implicaciones en el cuidado de la salud.
“Un dispositivo más complejo no solo puede detectar que algo malo está pasando, sino que también puede reaccionar liberando un fármaco o capturando el patógeno”, dijo Castro.
“Queremos poder diseñar robots que respondan de una manera particular a un estímulo o se muevan de cierta manera”.
“Cada vez hay más interés comercial en la nanotecnología del ADN”, continuó. “Creo que en los próximos cinco a 10 años comenzaremos a ver aplicaciones comerciales de nanodispositivos de ADN y somos optimistas de que este software puede ayudar a impulsar eso”.