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Cybug, la era de los insectos robot

Desde comienzos del siglo XXI los científicos –y por supuesto los militares– han fantaseado con la idea de crear insectos  robot o ‘cybug’  (organismos formados de materia viva y dispositivos electrónicos). Ahora, con la manipulación de las conexiones nerviosas de estos seres, es más que una posibilidad.

Biobots: mitad insecto mitad cyborg

Un equipo de rescate se prepara para atender una emergencia. Un edificio ha colapsado se teme que queden personas atrapadas entre los escombros. Es necesario entrar, pero en cualquier momento la estructura podría derrumbarse exponiendo la vida de los socorristas. Por fortuna, existe un escuadrón que no dudará en internarse en esta trampa mortal. Por el contrario: ese espacio oscuro y ruinoso sería un hogar perfecto para sus nidos. Después de todo, a pesar de ser una brigada de rescate cyborg –como se les conoce a los seres constituidos parte electrónica parte materia viva– en el fondo sus integrantes siguen siendo cucarachas. Leyó bien. Verdaderos blatodeos que, a través de un microchip implantado en su lomo y conectado a su sistema nervioso, son controlados para salvar vidas. Ya sé que parece la trama de alguna película de Disney –de hecho, los bichos cibernéticos ya han inspirado un personaje–, pero de acuerdo con Alper Bozkurt, quien desarrolló estos insectos biobots o ‘cybugs’ (del inglés bug, insecto), en un futuro no tan lejano nuestra mejor amiga en una situación de emergencia podría ser una de sus cucarachas

Desde hace unas décadas, disciplinas como la robótica han encontrado en estos pequeños una de sus más ricas fuentes de inspiración para la creación de nuevas máquinas. Por ejemplo los microrrobots, dispositivos de diminutas dimensiones, buscan reproducir las habilidades de los insectos en nuestro beneficio: desde abejas mecánicas como la RoboBee de la Universidad de Harvard hasta ingenios capaces de caminar sobre el agua como el Water Strider de la Universidad Nacional de Seúl (Corea), hasta cucarachas robots como Roach, creada por ingenieros rusos para soportar grandes cargas de peso, son sólo algunos de las decenas de artefactos creados bajo la bugmanía.

Pero no nos engañemos. Ni el más avanzado de estos artilugios está remotamente cerca de alcanzar a sus contrapartes biológicas: mientras una cucaracha común logra una velocidad de hasta 5.4 km/h, Roach apenas llega a 1.09 km/h. En fuerza es igual: estos bichos soportan presiones 900 veces mayores a su peso corporal, en tanto que su primo de tornillos y tuercas, bueno… puede cargar cerca de 10 gramos y resistir un pisotón… Ya ni hablar de su desempeño en ambientes desconocidos u hostiles. Como bien apunta Alper Bozkurt, “construir robots a pequeña escala que funcionen en condiciones tan inciertas y dinámicas –como un edificio derrumbado– es enormemente difícil”. Por el otro lado, no cabe duda de que las cucarachas son expertas en desenvolverse en este tipo de sitios.

Es evidente que en materia de ingeniería la madre naturaleza nos lleva millones de años de delantera. Los insectos son simplemente máquinas perfectas. Siendo así, pensó Bozkurt, quien es líder del Laboratorio de Microsistemas Biónicos Integrados de la Universidad de Carolina del Norte, EUA –también conocido como iBionicS Lab– sería mejor utilizarlos directamente en lugar de tratar infructuosamente de replicar sus habilidades.

Pero esto es más fácil decirlo que hacerlo. Aunque de cierta manera ya aprovechamos las capacidades de estos seres, por ejemplo, para producir la miel o la seda que consumimos, resultaría un reto hacer que una sola de las abejas mieleras de nuestras colmenas actúe como paloma mensajera. Ya no digamos conseguir que una cucaracha rastree personas heridas.

No obstante, eso es precisamente lo que Bozkurt, en conjunto con casi una docena de científicos de todo el mundo, intenta lograr, literalmente, metiéndose en su cerebro.

Desde el capullo

A mediados de la década pasada Amit  Lal, entonces director de la Oficina de tecnología en Microsistemas de DARPA, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados de Defensa estadounidense, tuvo un peculiar golpe de inspiración. En el relato de ciencia ficción Sparrowhawk (1990), el experto en biología teórica Thomas A. Easton describe una realidad en la que animales modificados han desplazado a las máquinas: pájaros gigantescos son utilizados como medio de transporte en tanto que escarabajos colosales sirven de bestias de carga.

Todo gracias a la ingeniería genética y al desarrollo de controladores electromecánicos que, enganchados a los cerebros de  estos seres, permiten su control.

No es una completa locura, pensó Lal: “Utilizando microelectrónica integrada a su cuerpo, podríamos ser capaces de controlar el vuelo de los insectos para, literalmente, transformarlos en vehículos aéreos no tripulados”. De la misma manera que hemos criado a los caballos y camellos como bestias de carga, se podría considerar la posibilidad de utilizar las habilidades de los insectos para misiones robóticas.

Amit Lal no fue el primero en tratar de crear animales cyborg. Desde los años 50 del siglo pasado, al cobijo de la Guerra Fría, se ha intentado implantar tecnología en seres vivos con el fin de mejorar o controlar sus habilidades. La fallida Operation Acustic Kitty de la Agencia Central de Inteligencia del gobierno de Estados Unidos (CIA, por sus siglas en inglés) fue una de las primeras en aspirar a ello. Insertando un micrófono en el canal auditivo de gatos, se pretendía convertirlos en espías cyborg contra los rusos. La cola del felino servía como antena y transmisor. Sin embargo, el proyecto tuvo que ser desechado cuando el valioso minino fue atropellado por un taxi en su primera prueba de campo.

 

Más éxito tuvo José Manuel Rodríguez Delgado (1915-2011), el neurocientífico español que demostró cómo, a través de pulsos eléctricos aplicados en diferentes partes de la región motora del cerebro, era posible manipular el movimiento en chimpancés, gatos e incluso toros. Cuando nos movemos, un estímulo eléctrico viaja desde el cerebro ordenando a cada miembro qué hacer.

Rodríguez Delgado había encontrado la manera de interceptar y modificar estos mensajes. A mediados de la década de 1960 alcanzó gran fama luego de mostrar cómo, a punto de ser embestido por un toro de lidia injertado con uno de sus implantes, el animal se detenía en seco al presionar el español un simple botón. Debido a las implicaciones éticas de su investigación fue relegado al ostracismo; sin embargo, su trabajo abrió la puerta que más adelante permitiría vincular la mente con las máquinas.

En este sentido, si bien el cerebro no ha dejado de esconder infinidad de misterios, se ha descubierto que en los insectos el sistema de control de la locomoción es relativamente simple. Aprovechando esto, es posible desarrollar microchips que, tras ser implantados en el cuerpo y el cerebro de estos animales, permitan a los científicos tomar el control de sus movimientos y comportamientos de manera casi tan sencilla como si manejaran un carrito a control remoto.

La conquista de los cybug

Con esto en mente Amit Lal propuso a DARPA el proyecto HIMEMS (Sistemas Micro Electro Mecánicos de Insectos Híbridos), encaminado al desarrollo de interfaces máquina-insecto. Para su fortuna, DARPA es uno de esos lugares donde la imaginación es bien valorada –no por nada es conocida por ser cuna de algunas de las tecnologías militares más extravagantes del mundo–, por lo que en 2006 convocó a los científicos del país a presentar “propuestas innovadoras para el desarrollo de tecnología con el fin de crear cybug”.

En aquel entonces Alper  Bozkurt se desempeñaba como estudiante de doctorado en el SonicMEMS Lab de la Universidad de Cornell, nada menos que bajo la tutela de Amit Lal. Cuando éste fue requerido por DARPA y se trasladó a Washington, la cooperación académica entre pupilo y maestro continuó, llevando a Bozkurt a involucrarse de lleno en la fantasía de Lal por hacer realidad la era de los biobots insectos.

El primer gran hito no tardó en llegar: en enero de 2008, durante la 21ª Conferencia Internacional IEEE sobre Sistemas Micro Electro Mecánicos –la reunión más importante en el mundo dela ingeniería eléctrica, electrónica y áreas afines–, Bozkurt y compañía anunciaron la manipulación del vuelo en insectos por vez primera: habían controlado el movimiento de las alas de una polilla de la especie Manduca sexta, a la que se le injertó un electrodo durante su estadio como pupa. Este procedimiento, conocido como Tecnología de Inserción de Metamorfosis Temprana (EMIT), permitió que el cuerpo del animal se fusionara con el dispositivo electrónico. Por este método Bozkurt no sólo decide la dirección a la que van sus polillas, haciéndolas subir, bajar, girar a la izquierda o a la derecha, sino también determinar la velocidad del movimiento de sus alas.

Enjambre en crecimiento

Hoy, tras casi una década de investigación, los insectos biobots o cybug están cada vez más cerca de ser una realidad. Diversos centros en todo el mundo se han convertido en verdaderos insectarios llenos de escarabajos (como Mecynorrhina torquata), polillas y mariposas (Agrius convolvuli), cucarachas (Periplanetaamericana y Gromphadorhina portentosa) e incluso arañas, como Heteropoda venatoria, los cuales por su tamaño y características neuromusculares han resultado ser modelos perfectos para la incorporación de circuitos.

Por ejemplo, en 2010 Michel Maharbiz, ingeniero eléctrico de la Universidad de California en Berkeley, EUA, logró dirigir el vuelo de un escarabajo cyborg con un control de mando como los usados en los videojuegos. “Al final lo que buscaba era un aeroplano a control remoto”, dice Maharbiz. Por su parte Khalil Najafi, de la Universidad de Michigan, también en Estados Unidos, no sólo ha desarrollado escarabajos cyborg: busca además que sean autosustentables. A partir del movimiento de sus alas los escarabajos verdes o mayate (Cotinis mutabilis) generan la energía que su controlador neural requiere para funcionar (por lo general usan baterías). El generador puede producir hasta 45 mW de potencia.

Más recientemente investigadores de la Universidad Tecnológica de Nanyang, en Singapur, han encontrado la presión exacta para controlar el movimiento de las dos primeras patas de un escarabajo. La variación de los impulsos eléctricos permite modificar la distancia recorrida por el bicho, así como la velocidad. El siguiente gran reto, explican los investigadores, es manipular cada una de las seis extremidades del escarabajo hasta emular un movimiento natural.

 

Evidentemente uno de los campos que más puede verse beneficiado una vez que los cybugs salgan de los laboratorios es la milicia: equipados con sensores químicos podrían detectar rastros de explosivos en edificios o lugares inaccesibles o, armados con cámaras y micrófonos, servir como espías (siempre y cuando se halle una manera más sutil de esconder la ‘mochila’ que sobresale de sus cuerpos); revelar si un edificio está ocupado, o si quienes lo habitan son civiles o enemigos. Sin embargo, dice Bozkurt, “existe un gran número de aplicaciones civiles en las que los bichos biobots pueden desarrollarse”. El investigador menciona, por ejemplo, el monitoreo ecológico, el recabado de datos ambientales y atmosféricos, y claro, las misiones de búsqueda y rescate durante desastres, tales como el escuadrón de cucarachas que, en coordinación con los investigadores Alireza Dirafzoon y Edgar Lobaton, de la Universidad de Carolina del Norte, plantearon a mediados de 2016.

¿Fuerza-C?

De entre las ‘plataformas’ biológicas que han sido probadas para su uso como biobots, las cucarachas han resultado especialmente  ‘participativas’. Su sistema neuronal es tan simple que incluso usted podría crear su propio blatodeo cyborg. Si le sobran unos 600 pesos Backyard Brains, empresa con fines educativos fundada por los neurocientíficos Greg Gage y Tim Marzullo, le ofrece RoboRoach, un kit completo para controlar a distancia el sistema nervioso de una ‘cuca’. Se trata del primer organismo cibernético disponible en el mercado, anuncian en su página de Internet.

El truco para manipularlas se encuentra en sus antenas: estos animales son casi ciegos, por lo que reconocen el ambiente a través de sus largos apéndices. Para tomar control sobre ellas, basta conectar el microchip programado para mandar señales eléctricas de baja intensidad por medio de sus antenas. A través de estos impulsos se indica al cybug cuándo avanzar, cuándo detenerse, girar a la derecha o a la izquierda. En parte es debido a esta simplicidad que Bozkurt y Lobaton, profesor adjunto en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Computación de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, EUA, decidieron basar en estos animales sus  investigaciones sobre búsqueda y rescate de personas.

Lobaton, que siempre había trabajado con robots y microrrobots, se enfrentaba al problema de que estos aparatos no responden bien en condiciones tan inciertas y dinámicas como lo es un edificio derrumbado. Fue entonces que conoció a Bozkurt y sus cucarachas. Dirigiéndolas, podían entrar a un edificio y andar libremente por ahí. “Aunque estos insectos muchas veces son percibidos como repulsivos, en realidad son, desde el punto de vista de la ingeniería, una plataforma bastante interesante”, dice Edgar Lobaton.

“Nuestro objetivo –explicó Bozkurt en una entrevista para medios universitarios– era determinar si podíamos crear una interfaz biológica inalámbrica con estos animales. En última instancia, pensamos que ello nos permitirá crear una red móvil de sensores inteligentes que utilizará cucarachas para recopilar y transmitir información, como encontrar a sobrevivientes en un edificio.”

Su propuesta, explican, estaría basada en cientos de cucarachas que manipularían en caso de desastre. Gracias a un software se planea aprovechar su conducta social y controlarlas como un enjambre, un mismo sistema. Los investigadores desarrollaron también un programa que evita que los cybugs escapen. Funciona como una especie de malla invisible que las mantienen en un área definida, aunque moviéndose en todas direcciones dentro de ésta. El objetivo es que esta tecnología ayude al personal de emergencia a localizar y rescatar sobrevivientes luego de un desastre.

Lobaton propone un escenario ideal en el que sus blatodeos cyborg trabajarían: “Tras ser liberados de sus contenedores plásticos los ‘agentes’ son dirigidos al inmueble por un dron que sobrevuela el área y mantiene unido al enjambre. Dentro, las cucarachas recorren el lugar, explorando tramo por tramo, cada ranura y recoveco, en busca de signos de vida. Gracias a los micrófonos que llevan equipados pueden captar sonidos y buscar su fuente. También portan cámaras. En el momento en que capten alguna imagen o sonido, su posición indicará a los socorristas dónde excavar, disminuyendo el riesgo de provocar derrumbes en la estructura. Asimismo se focalizan los recursos y esfuerzos, incrementando la posibilidad de salvar a más personas…”

Según comenta Lobaton vía telefónica, la idea de las cucarachas rescatistas ha sido bien recibida por la comunidad científica. “Bastante gente lo ha encontrado interesante”, afirma. Además los algoritmos y el software utilizado en el enjambre pueden ser aplicables no sólo a estos animales sino a otros tipos de sistemas. Sin embargo, hay algo que no deja de preocupar a la mayoría: “Mientras discutíamos los detalles de la plataforma alguien me comentó: Oye Edgar, pero si yo estoy atrapado en un derrumbe y de pronto veo a un montón de cucarachas viniendo directamente hacía mí con sus pequeñas luces y mochilas, pues… la verdad es que estaría realmente asustado. Comenzaría a gritar sin control ‘¡Cucarachas, cucarachas!’. Me encogí de hombros y contesté: Bueno, incluso eso sería de ayuda, ¿no? Si estás gritando sería más fácil saber dónde estás y rescatarte”, indica Lobaton. Sin duda lo primero es salir vivo, aunque es preocupante los años de terapia que tal vez muchos necesitarían luego de ser salvados por estos peculiares héroes

Texto publicado en la revista Muy Interesante México, edición de febrero de 2017.

 

 

 

Sarai J. Rangel

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Sarai J. Rangel
Tags: cybug Insectos robot

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