Fabrican microchips voladores, la estructura voladora más pequeña jamás construida

Un microchip puede hacer casi todo: medir lo que sucede a su alrededor, enviar los datos sin utilizar cables o almacenarlos para su uso posterior, generar su propia energía… ¿Y volar? También. Por primera vez, se han fabricado microchips voladores. Son el objeto volador más pequeño jamás construido y se podrían utilizar para medir la contaminación, vigilar indicadores de salud pública y monitorizar enfermedades. Los resultados se publican hoy en Nature.

Inspiración natural

Para diseñar los microchips voladores, el equipo científico, procedente de varias universidades de Corea, Reino Unido, Estados Unidos y China, sabía que los aparatos que buscaban no podían contar con un motor, ya que este ocuparía demasiado espacio. Pero en la naturaleza ya existen pequeños objetos que vuelan sin necesidad de propulsarse a sí mismos: las semillas de las plantas. El equipo se propuso que su invento planeara gracias al viento, al igual que las semillas.

Seguro que has visto alguna vez una semilla de arce con su “ala” que hace que gire sobre sí misma al caer y se pose suavemente en el suelo. Este es el secreto de la supervivencia de esta especie: sus semillas son capaces de dispersarse hasta llegar muy lejos del árbol de donde salieron, poblando así grandes terrenos. El objetivo del equipo científico era el mismo, conseguir que el microchip volador cayera despacio y de manera controlada. De modo que se pusieron a estudiar la aerodinámica de las semillas de arce y de otros árboles.

Su principal inspiración vino de la Tristellateia, una enredadera cuyas semillas tienen alas en forma de aspa. Al igual que las semillas de arce, vuelan con el viento y caen despacio, rotando sobre sí mismas. El equipo realizó un modelo computacional del vuelo de estas semillas, y en especial del movimiento de aire a su alrededor mientras volaban. El movimiento de líquidos y gases es precisamente lo que trata la dinámica de fluidos, y su estudio fue clave para esta investigación. Al modelo incorporaron varios diseños de microchips voladores para saber cómo se comportarían.

Seleccionaron los mejores y los sometieron a la última prueba: el laboratorio. Construyeron varias estructuras de tamaños y formas variados y las echaron al vuelo, monitorizando muy cuidadosamente su trayectoria y el movimiento del aire a su alrededor utilizando métodos avanzados de imagen. Fue así como seleccionaron los modelos definitivos.

Aterrizaje controlado

El resultado fue un microchip dotado de alas que interactúan con el aire para que el objeto rote sobre sí mismo mientras vuela. El peso de los componentes electrónicos se colocó en el centro, en la parte inferior del objeto, para asegurar que la trayectoria fuera estable y evitar que el microchip volador cayera al suelo de manera descontrolada.

Así, tomando prestado el diseño de las semillas de las plantas y adaptándolo a sus necesidades, consiguieron que la velocidad terminal (la velocidad máxima que alcanza un objeto en caída libre) fuera relativamente lenta y que el microchip se mantuviera estable durante el vuelo. Estas propiedades hacen que permanezca mucho tiempo en contacto con el aire, y lo convierten en el candidato ideal para monitorizar la contaminación y las enfermedades de transmisión aérea.

Las trayectorias de los microchips voladores son aún más estables que las de las semillas en las que se inspiran, y su velocidad terminal, más lenta. Además, el tamaño es mucho menor que el de las semillas, un récord de miniaturización que se suma a la tendencia a fabricar todo tipo de aparatos electrónicos cada vez más pequeños.

El equipo científico tuvo que adaptarse también a las particularidades de los microchips más comunes, para poder utilizar los que ya hay en el mercado. Estos son estructuras planas, a las que primero dotaron de alas en dos dimensiones. Después, las unieron a una estructura de goma estirada que, al relajarse, doblaba las alas de una manera controlada y las volvía tridimensionales.

Tampoco los microchips se eligieron al azar: los dotaron de sensores, una memoria para almacenar datos y una antena para transmitirlos a un ordenador o a una tableta. Todos estos componentes necesitan energía para funcionar, algo que el equipo investigador también supo prever. Dotaron a los microchips de un mecanismo para aprovechar la energía del ambiente y utilizarla para su funcionamiento.

Midiendo el aire

Con este equipamiento, fueron capaces de detectar partículas suspendidas en el aire: los famosos aerosoles que tanto protagonismo han cobrado recientemente. También construyeron microchips voladores con detectores de pH para analizar la calidad del agua, y fotodetectores para medir la exposición al sol.

Porque este es el verdadero propósito del nuevo invento: poder lanzar muchísimos microchips voladores desde un edificio o un avión para medir la eficacia de la descontaminación en un vertido, o la contaminación del aire a diferentes alturas. Actualmente, estas mediciones se hacen con aparatos mucho más grandes que solo pueden recoger datos de un puñado de localizaciones. Con los nuevos medidores, mucho más pequeños y voladores, se podría obtener una información mucho más detallada de este tipo de situaciones que permita tomar mejores decisiones para su gestión.

Queda una última duda. ¿Qué hay de los residuos? Después de lanzarlos, los microchips serían muy difíciles de recoger. Por eso habrá que asegurarse de que no van a aportar aún más contaminación al terreno. Pues bien, el equipo investigador también ha previsto esta situación, y ya están diseñando microchips biodegradables. En otro estudio han desarrollado marcapasos especialmente indicados para personas que solo los necesitan temporalmente, por ejemplo para recuperarse de una cirugía. Para evitar los riesgos de infección y las restricciones de movilidad que conlleva un marcapasos externo, al cabo de un tiempo predeterminado, el marcapasos biodegradable es interno y se disuelve solo en el cuerpo del paciente.

Ahora están aplicando las mismas técnicas para construir microchips voladores que se degradan en el agua con el paso del tiempo. Utilizan polímeros degradables y circuitos integrados solubles que, en contacto con el agua, desaparecen para formar productos que no dañan el medioambiente. Otro punto en común con las semillas de las plantas.

Más pequeños, más estables y más lentos que las semillas. En palabras John A. Rogers, líder del estudio e investigador de la Universidad Northwestern (EEUU), “creemos que hemos ganado a la naturaleza”.

QUE NO TE LA CUELEN:

• Los aerosoles han cobrado protagonismo porque son la principal vía de transmisión de la covid-19, pero no todos los aerosoles contienen coronavirus. Aerosoles son, simplemente, partículas sólidas o líquidas, pequeñas, que pueden permanecer en suspensión en un gas. Además de gritar, toser y estornudar, las cenizas volcánicas, las tormentas de polvo, los incendios forestales, o la quema de combustibles también generan aerosoles.

REFERENCIAS (MLA):

• Kim, Bong Hoon et al. “Three-dimensional electronic microfliers inspired by wind-dispersed seeds”. Nature, 2021. Springer Science And Business Media LLC, doi: 10.1038/s41586-021-03847-y.
• Choi, Yeon Sik et al. “Fully Implantable And Bioresorbable Cardiac Pacemakers Without Leads Or Batteries”. Nature Biotechnology, 2021. Springer Science And Business Media LLC, doi:10.1038/s41587-021-00948-x.