Este robot nos ayuda a entender cómo nadan las bacterias

Un organismo microscópico que nada en el agua se parece a una persona que intenta nadar de espaldas en un pozo de alquitrán. Los científicos aún no tienen una comprensión clara de cómo sucede esto.

Los estudiantes y profesores de la Universidad de Brown han construido un robot de natación autopropulsado que podría ayudar a los académicos a comprender mejor el intrincado comportamiento de natación de las bacterias y otros microbios. Es un nadador robótico que nada como un flagelo, un apéndice parecido a un sacacorchos que utilizan numerosas bacterias para desplazarse. El aparato facilita el análisis de la dinámica de fluidos de la motilidad flagelar al llevar el movimiento de natación al mundo macroscópico. Los investigadores pueden realizar pruebas que no serían factibles con microbios reales porque son autopropulsados, reconfigurables y controlados de forma remota.

"Los microorganismos utilizan una forma de locomoción increíblemente compleja", dijo Roberto Zenit, profesor de la Escuela de Ingeniería de Brown y autor principal del estudio. "Tenemos modelos matemáticos que hacen aproximaciones de cómo funciona, pero para mejorar estas aproximaciones necesitamos hacer mediciones detalladas de los campos de velocidad alrededor de estos organismos. Al construir un dispositivo que pueda imitar esta natación lo más fielmente posible, esperamos poder realizar algunas de estas mediciones”.

El dispositivo se basa en la forma de la bacteria E. coli. Tiene una cabeza cilíndrica de 6 centímetros de largo y 2 centímetros de diámetro, creada con una impresora 3D. Un pequeño motor, una fuente de alimentación y otros componentes electrónicos están alojados en la cabeza impermeable. El motor alimenta una cola en espiral de 9 centímetros de largo, también impresa en una impresora 3D. Las piezas de los extremos se pueden cambiar hacia adentro y hacia afuera para experimentar con diferentes ángulos de hélice y geometrías. La velocidad del motor y el sentido de giro se controlan mediante un mando a distancia.

Los investigadores realizaron una serie de pruebas en las que el dispositivo flotaba en una mezcla de jarabe de maíz y agua, simulando la viscosidad de un micronadador surcando el agua. Los resultados mostraron que el rendimiento de natación del dispositivo cumplió con las expectativas de un modelo simple de fuerza de arrastre.

"Esto nos da la capacidad de hacer experimentos macroscópicos sobre los que tenemos control total", dice Daniel Harris, profesor asistente de ingeniería en Brown. “Imagínese tratar de decirle a una bacteria que nade en cierta dirección o que cambie el ángulo de su hélice. Eso es bastante difícil de hacer. Pero podemos hacer algo con eso”. En el futuro, el equipo quiere medir los campos de flujo a fondo. Esperan responder algunas preguntas críticas que han quedado sin respuesta.

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