Imagínate una mota que cabe en la cresta de tu huella dactilar y que, aun así, es capaz de notar cambios en su entorno, elegir qué hacer y moverse sin que nadie la dirija con cables o imanes. Eso es lo que describen investigadores de la Universidad de Pensilvania y la Universidad de Michigan: robots microscópicos totalmente programables y autónomos, con un tamaño aproximado de 200 × 300 × 50 micrómetros. Dicho de forma cotidiana, son más pequeños que un grano de sal y apenas se distinguen sin aumento.
La idea de “autonomía” aquí no es un eslogan. En el trabajo, publicado en Science Robotics y también reportado en PNAS, el equipo defiende que estos microrobots integran en una sola plataforma lo que normalmente asociamos a un robot completo: sensores, computación y un sistema de movimiento, todo funcionando con una fuente de energía incorporada basada en luz. La escala es clave: se acercan al tamaño de muchos microorganismos, lo que abre la puerta a tareas que, con robots milimétricos o mayores, se vuelven torpes o directamente imposibles.
Por qué miniaturizar robots no es como miniaturizar chips
Durante décadas hemos visto cómo la electrónica se encogía sin parar, desde ordenadores del tamaño de una habitación a chips diminutos. La robótica, en cambio, se ha topado con un muro cuando intenta bajar de 1 milímetro y seguir siendo independiente. El motivo tiene más que ver con la física del agua que con la imaginación.
A nuestra escala, si empujas el agua con una pala, el agua “cede” y tú avanzas. En el mundo microscópico, esa misma agua se comporta como si fuera un jarabe espeso: la viscosidad y el arrastre dominan, y la inercia deja de ayudarte. Es como intentar correr con botas hundidas en barro; cada movimiento cuesta muchísimo y los mecanismos delicados se rompen con facilidad. Por eso, patas o brazos minúsculos no solo son difíciles de fabricar: también tienden a partirse o a quedarse “pegados” al medio.
En la investigación se plantea un cambio de enfoque: en lugar de insistir en miniaturas de engranajes, articulaciones y aletas, conviene diseñar locomoción que aproveche las reglas del juego a esa escala.
Nadar sin aletas: mover el “río” para que el robot avance
El rasgo más llamativo de estos robots autónomos es su forma de desplazarse. No baten “colas” ni agitan apéndices. En su lugar, crean campos eléctricos que empujan iones (partículas cargadas) presentes en el líquido. Al moverse esos iones, arrastran moléculas de agua cercanas y generan un flujo local. El robot, por decirlo con una metáfora doméstica, no rema: provoca una corriente a su alrededor y se deja llevar por ese “río” que él mismo crea.
Este mecanismo se apoya en electrodos y carece de piezas móviles, lo que mejora la resistencia mecánica. En el trabajo se menciona que pueden manipularse con herramientas de laboratorio (como micropipetas) y seguir operativos. También se describe un rendimiento de movimiento que llega a un cuerpo por segundo, una referencia útil en robótica a pequeña escala: no significa “rápido” como un pez, pero sí suficiente para tareas de exploración en microentornos.
Otro detalle interesante es el comportamiento colectivo. Al ajustar cómo generan los campos eléctricos, estos robots microscópicos pueden seguir trayectorias programadas y moverse en grupo, con patrones que recuerdan a un banco de peces. No es “inteligencia de enjambre” al estilo de ciencia ficción, pero sí coordinación básica que, en aplicaciones futuras, podría permitir reparto de tareas.
La energía es el cuello de botella: 75 nanovatios dan para muy poco
Moverse ya es difícil; hacerlo durante semanas o meses es todavía más exigente. El sistema descrito depende de luz, usando micro-paneles solares integrados. La cifra que aportan los autores deja claro el reto: alrededor de 75 nanovatios disponibles, una cantidad ínfima si la comparamos con la electrónica cotidiana. Es el tipo de potencia con la que, en condiciones normales, ni siquiera te planteas ejecutar un programa “completo”.
Para que el robot pueda funcionar con ese presupuesto energético, el equipo de Michigan —liderado por David Blaauw, conocido por sus diseños de computadora microscópica— tuvo que reducir drásticamente el consumo. El texto habla de circuitos que operan a voltajes muy bajos y de una reducción del gasto energético de más de mil veces respecto a enfoques convencionales. Traducido a un ejemplo: es como pasar de intentar calentar una casa con una estufa eléctrica a aprender a mantener el calor con una vela, optimizando cada pérdida.
El espacio también manda. Los paneles ocupan gran parte de la superficie del robot, lo que deja poco lugar para memoria y lógica. Esa restricción obliga a repensar incluso el “idioma” con el que se programa el dispositivo.
Programas comprimidos: cuando una instrucción vale por muchas
A esta escala, no basta con “escribir código” y listo. La memoria es tan limitada que los investigadores rediseñaron instrucciones para que una sola orden abarque lo que en un sistema típico requeriría varias. En particular, se describe una instrucción especial que condensa el control de la propulsión para que el programa quepa en el espacio disponible.
Este detalle tiene implicaciones prácticas: no estamos ante un ordenador generalista en miniatura, sino ante un sistema de computación integrado y muy específico, optimizado para tareas como navegar, reaccionar a estímulos y ejecutar patrones de movimiento. Esa especialización es habitual en dispositivos diminutos, y es una de las razones por las que el salto a la autonomía submilimétrica se había resistido tanto.
Sensores y decisiones: medir temperatura como pista de actividad biológica
La investigación señala que los robots incorporan sensores de temperatura capaces de detectar cambios de aproximadamente un tercio de grado Celsius. Puede parecer un dato modesto, pero en microentornos puede ser útil como indicador indirecto. Por ejemplo, variaciones térmicas locales pueden correlacionarse con procesos químicos o biológicos, y los autores sugieren la posibilidad de monitorizar actividad a escala celular en el futuro.
Aquí conviene ser prudentes: medir temperatura no equivale a “diagnosticar”, y el propio texto se mueve en el terreno de las aplicaciones potenciales. Aun así, el hecho de integrar sensor, computación y locomoción en un volumen tan pequeño es una base técnica relevante para imaginar herramientas de laboratorio más finas, como “boyas” microscópicas que toman lecturas donde hoy solo llega una medición global.
Comunicar sin radio: un “baile” que se descifra con cámara
Cuando el robot mide algo, surge una pregunta sencilla: ¿cómo lo cuenta? En lugar de transmitir por radio —inviable aquí por energía y tamaño—, los investigadores describen una estrategia visual. El robot realiza un patrón de movimiento, una especie de “danza” cuyas oscilaciones codifican el valor medido. Luego, una cámara acoplada a un microscopio registra ese movimiento y el sistema externo lo interpreta.
La comparación que proponen es muy gráfica: se parece a la comunicación de las abejas con sus bailes para indicar información. Esta solución tiene ventajas y límites. Es elegante porque evita componentes de comunicación complejos; al mismo tiempo, requiere línea de visión y un entorno controlado donde puedas observar a los robots con buena resolución.
Programación por luz y robots “direccionables”: cuando cada uno tiene un papel
Otro punto que destaca es el método de programación. La misma luz que alimenta al robot sirve para cargar instrucciones, y cada unidad puede tener una dirección única para recibir un programa distinto. Eso sugiere escenarios en los que un grupo de robots más pequeños que un grano de sal se reparte funciones: unos miden, otros se desplazan a zonas concretas, otros actúan como “marcadores” móviles.
Conviene recordar que estamos ante una plataforma experimental. La autonomía descrita sucede dentro de condiciones de laboratorio, con iluminación controlada y observación mediante microscopio. El paso de ahí a entornos reales, especialmente en biomedicina, implica resolver cuestiones de seguridad, control, biodegradabilidad, compatibilidad con fluidos complejos y protocolos regulatorios.
Qué cambia a partir de aquí: promesas realistas y retos inevitables
El aporte central de esta línea de trabajo es demostrar que se puede empaquetar un “kit” robótico completo —sensores, computación y movimiento— en una escala donde el agua se comporta como melaza y la energía disponible es casi simbólica. Según el relato de la Universidad de Pensilvania y la Universidad de Michigan, esto sienta una base para futuras iteraciones: más sensores, más velocidad, programas más complejos o funcionamiento en condiciones menos benignas.
También hay un factor de coste que llama la atención: se menciona un coste cercano a un centavo por unidad. Si esa economía se mantiene al escalar fabricación, podría favorecer experimentación masiva con enjambres. En paralelo, la propia idea de “muchos robots baratos” obliga a pensar en trazabilidad y control: no es lo mismo perder un prototipo grande que perder cientos de microdispositivos.
La financiación citada en el texto incluye organismos como la National Science Foundation y oficinas de investigación de las fuerzas armadas de EE. UU., lo que encaja con el carácter dual de estas tecnologías: pueden servir tanto para instrumentación científica como para aplicaciones industriales, e incluso para escenarios de defensa. Esa dualidad suele acelerar avances, pero también pide debates claros sobre usos aceptables.
☞ El artículo completo original de Natalia Polo lo puedes ver aquí