Un robot de gelatina de cerdo se biodegrada cuando ya no se necesita

Ingenieros chinos han usado gelatina de cerdo, entre otros materiales biodegradables y sostenibles, para fabricar un brazo robótico que se biodegrada completamente de forma segura, en lugar de ir a parar al vertedero tras ser desechado.

Por Enrique Coperías

El nuevo brazo robótico, desarrollado por ingenieros de la Universidad de Westlake, en diferentes etapas de activación. Cortesía: Wei et al.

La robótica ha transformado diversos sectores, desde la manufacturación de todo tipo de productos hasta la medicina, gracias a su eficiencia y capacidad de realizar tareas más allá de las capacidades humanas. Sin embargo, el desarrollo de estos sistemas automatizados suele entrar en conflicto con los objetivos de sostenibilidad, ya que la mayoría de los robots actuales están hechos de materiales sintéticos no biodegradables. Esta cortapisa genera desechos y produce contaminación a lo largo de su ciclo de vida.

Para abordar este problema, un equipo de investigadores de la Universidad de Westlake, en China, ha desarrollado un sistema robótico de doble circuito cerrado basado en materiales biodegradables y sostenibles. Utilizando películas de celulosa plastificada y organogeles de gelatina de cerdo con conductividad iónica, han creado un sistema que se biodegrada completamente en medios naturales como el agua residual, el suelo y las enzimas, lo que asegura un ciclo ecológico sostenible.

El impacto ambiental de la robótica es una preocupación creciente. «En el futuro es posible que haya más robots en el planeta que seres humanos, por lo que habrá muchos desechos —afirma Hanqing Jiang, ingeniero de la Universidad Westlake y coautor del estudio, que ha sido publicado en la revista Science Advances. Y añade—: En los vertederos es donde necesitamos que estos robots desaparezcan por completo».

Robots rígidos y blandos

Esta visión de Jiang y su equipo pone de manifiesto la urgencia de desarrollar materiales que puedan integrarse en el ecosistema sin dejar huella.

Los robots convencionales se dividen en rígidos y blandos, dependiendo del tipo de material utilizado. Los robots rígidos, hechos de metales y plásticos duros, son altamente precisos y eficientes, pero generan residuos difíciles de reciclar. Por otro lado, los robots blandos, que han ganado popularidad por su flexibilidad y capacidad de interactuar de manera segura con los humanos, se fabrican principalmente con polímeros sintéticos, como polidimetilsiloxano y elastómeros de cristal líquido.

Estos materiales, aunque altamente funcionales, presentan problemas de sostenibilidad debido a su dependencia de solventes tóxicos y su baja capacidad de degradación.

Los robots blandos, como este con forma de mano humana, capaz de atrapar objetos, han logrado solo funciones limitadas de actuación o detección, y han sacrificado para ello la estabilidad mecánica. Cortesía: Science Robotics, originally published in Science Robotics

Origami y celulosa, una nueva vía para la robótica sostenible

Aunque existen esfuerzos por desarrollar materiales reciclables o biodegradables, la mayoría de los avances en esta área han logrado solo funciones limitadas de actuación o detección, y han sacrificado para ello la estabilidad mecánica. Por ello, es necesario explorar materiales más resistentes y sostenibles que permitan el desarrollo de sistemas robóticos biodegradables sin comprometer su funcionalidad.

El diseño estructural juega un papel clave en la creación de robots sostenibles. Una solución prometedora es el uso del origami, una técnica basada en el plegado de láminas 2D para obtener estructuras tridimensionales complejas. Esta metodología permite fabricar robots con materiales sostenibles como la celulosa, en lugar de los polímeros convencionales.

La celulosa, uno de los recursos renovables más abundantes del mundo, es económica, biodegradable y mecánicamente estable, lo que la convierte en un material ideal para la robótica sostenible.

Un sistema robótico biodegradable de doble circuito cerrado

Sin embargo, la celulosa en su forma tradicional es frágil, lo que dificulta su uso en ensamblajes de origami. Para resolver este problema, los investigadores desarrollaron una película de celulosa plastificada utilizando un solvente acuoso de NaOH/urea. Al incorporar glicerol como plastificante, lograron mejorar la resistencia y flexibilidad de la celulosa, lo que permitió su uso en robots de origami con funcionalidades completas.

El sistema desarrollado se basa en un diseño de doble circuito cerrado. El primer ciclo se centra en la biodegradación de los materiales: tanto la película de celulosa como el organogel de gelatina se descomponen en el suelo y el agua, liberando nutrientes que fomentan el crecimiento de nuevas plantas y microorganismos. De esta manera, el sistema robótico no solo evita la generación de residuos, sino que también contribuye a la regeneración del ecosistema.

El segundo circuito cerrado se da en la interacción humano-robot. Los módulos de origami autosensibles pueden actuar como interfaces para la teleoperación, lo que permite que los seres humanos controlen los robots de forma intuitiva. Gracias a la combinación de películas de celulosa con sensores de organogel, el sistema es capaz de detectar cambios en la presión y el movimiento. Esto facilita la comunicación bidireccional entre el usuario y el robot.

Los robots rígidos, hechos de metales y plásticos duros, son altamente precisos y eficientes, pero generan residuos difíciles de reciclar.

Evaluación de biodegradabilidad y sostenibilidad

Para verificar la biodegradabilidad del material, los investigadores realizaron pruebas de degradación en suelo, comparando las películas de celulosa plastificada con papel y plástico PET. Los resultados mostraron que las películas de celulosa se degradaban en un 98,8% en ocho semanas, mientras que el PET no presentaba ningún signo de descomposición.

Además, un análisis del ciclo de vida (LCA) reveló que la huella de carbono de estas películas es menor que la de otros bioplásticos, como el PBAT y el PLA, especialmente cuando se utilizan fuentes de energía renovables en su producción.

Desde un punto de vista mecánico, la celulosa plastificada demostró ser altamente resistente y flexible, comparable a los plásticos convencionales. Su capacidad para soportar múltiples ciclos de plegado y estiramiento la hace ideal para aplicaciones robóticas que requieren alta durabilidad.

Integración de sensores biodegradables

Para dotar al sistema de capacidades de detección, los investigadores desarrollaron organogeles de gelatina con sales iónicas. Estos sensores presentan una excelente adhesión a la celulosa y pueden resistir más de doscientos ciclos de deformación sin pérdida de rendimiento. Además, son resistentes a la deshidratación, un problema común en los sensores de gel, lo que los hace adecuados para aplicaciones a largo plazo.

Las pruebas demostraron que estos sensores pueden detectar cambios en la forma y presión de los módulos de origami en tiempo real, proporcionando información precisa sobre la interacción con el usuario. Esto permite que el sistema funcione como un controlador en interfaces humano-robot o como un robot autónomo con capacidad de retroalimentación sensorial.

Jiang destaca que, aunque los materiales actuales se degradan inofensivamente en el medioambiente, se necesitarían variantes ligeramente diferentes para aplicaciones médicas. «Los materiales actuales del robot se degradan inofensivamente en el medio ambiente, pero se necesitarían otros ligeramente diferentes para que se descompusiera completamente dentro del cuerpo humano», explica Jiang. Esta perspectiva abre la puerta a futuras aplicaciones de la robótica biodegradable en el ámbito de la salud.

Algunos momentos de la investigación del brazo robótico fabricado con materiales biodegradables. Cortesía: Pingdong Wei et al-Science Advances

Aplicaciones en teleoperación y robótica flexible

Uno de los prototipos desarrollados fue un brazo robótico modular construido con unidades de origami autosensibles. Este brazo puede ser controlado a distancia mediante un rocker de origami, una interfaz que detecta la presión ejercida por el usuario y traduce estos movimientos en comandos para el robot. La teleoperación se realiza mediante una conexión inalámbrica, lo que permite que el usuario controle el brazo de manera precisa sin necesidad de cámaras o sistemas de visión.

Gracias a su diseño flexible y modular, este sistema puede ser utilizado en múltiples aplicaciones, desde asistencia médica hasta manipulación de objetos en entornos peligrosos. Además, su fabricación a partir de materiales biodegradables lo convierte en una alternativa sostenible a los robots tradicionales.

Este trabajo representa un avance significativo en la integración de materiales sostenibles en la robótica blanda. La combinación de estructuras de origami con películas de celulosa y sensores biodegradables ha permitido el desarrollo de un sistema robótico completamente sostenible y funcional.

En el futuro, los investigadores planean mejorar la resistencia de los materiales, explorar nuevas técnicas de fabricación a escala industrial y desarrollar métodos de actuación alternativos (como neumáticos o eléctricos) para ampliar las capacidades de estos robots. Estas innovaciones abrirán el camino hacia una nueva generación de robots ecológicos, capaces de realizar tareas complejas sin comprometer el equilibrio ambiental. ▪️

• Fuente: Pingdong Wei et al. Biodegradable origami enables closed-loop sustainable robotic systems. Science Advances (2025). DOI:10.1126/sciadv.ads0217