Músculs artificials

Després de morir en mans de delinqüents, Alex Murphy, protagonista de la pel·lícula RoboCop (1987), és reconstruït en un cos cibernètic que inclou músculs hidràulics amb una força sobrehumana. En moments crítics de la seva lluita contra el mal, però, un xiulet i una alerta d’energia baixa fan pujar l’adrenalina de l’audiència perquè els seus músculs i la resta del seu cos estan a punt d’apagar-se. 

En el món real, lluny encara dels cíborgs de la ciència-ficció, la recerca avança en el disseny de materials avançats implantables als quals no els calgui una bateria externa.  

Un dels científics pioners en aquest camp és l’investigador ICREA José A. Berrocal, qui colidera un projecte europeu per al desenvolupament de músculs artificials. José Berrocal va començar a treballar en aquest projecte com a investigador de l’Institut Adolphe Merkle a Suïssa, i espera poder continuar aquesta línia de treball ara des de l’Institut Català d’Investigació Química (ICIQ).

L’objectiu és aconseguir materials que puguin abastir-se d’energia metabòlica, és a dir, generada pel propi cos. D’aquesta manera, en un futur es podrien crear dispositius protèsics similars als músculs sans i connectats a petites unitats de potència no invasives també implantades al cos.

Durant anys, el desenvolupament de tecnologies d’aquest tipus van centrar-se a entendre com transformar energia en moviment controlat i precís, perquè malgrat que els éssers vius ho fem tota l’estona sense que ens n’adonem, desenvolupar màquines i dispositius que ho facin igual de bé no és gens fàcil. Avui en dia, però, en el món de la robòtica i de les pròtesis, això ja no és ciència-ficció. El problema, com en el cas de RoboCop, és que cal connectar-los a fonts d’energia externes. 

Berrocal i els seus col·laboradors treballen ara per desenvolupar, a partir de nanocompostos, músculs artificials que poden canviar de volum o de forma en ser estimulats. En el seu cas, busquen aconseguir que un canvi químic del mateix metabolisme humà pugui “activar” les nanopartícules i, a partir d’aquí, poder replicar els moviments musculars. 

Si els seus esforços arriben a bon port, esperen crear implants amb impressió 3D que serien accionats per la bioquímica del cos, cosa que evitaria cables i bateries en aplicacions biomèdiques.

La tecnologia en què treballa l’investigador ICREA són nanopartícules col·loidals recobertes amb polímers intel·ligents, o dit d’altra manera, compostos amb partícules molt petites —de poques milionèsimes de mil·límetre— embolcallades en una mena de plàstic molecular que quan canvia l’entorn —per exemple quan canvia la temperatura o l’acidesa— s’estira o s’encongeix i provoca el moviment de la partícula. 

A l’hora de construir un múscul artificial, el que fan els investigadors és alinear aquestes nanopartícules en una mena de fibres que en un futur, si la tecnologia evoluciona exitosament, podrien contraure una pròtesi de dit o de braç. Així, gràcies a l’energia química del cos esperen poder fabricar un múscul artificial començant des de l’escala molecular.

En l’actualitat, amb el finançament d’un ajut Pathfinder del Consell Europeu d’Innovació, l’objectiu és desenvolupar els primers prototips de músculs artificials. En concret, l’equip del José A. Berrocal és l’encarregat del desenvolupament químic d’aquests materials, que primer es dissenyen teòricament i després es construeixen. Parteixen de la síntesi de nanocristalls de cel·lulosa o de la millora de les propietats de nanocristalls comercials fent créixer polímers intel·ligents en la seva superfície. Aquests nanomaterials en acabat s’uneixen creant estructures tridimensionals en un procés anomenat reticulació. 

Els reptes a resoldre són molts, des d’aconseguir un bon alineament de les nanoestructures fins a assegurar que totes les tècniques emprades siguin adequades per a una producció amb impressió 3D, cosa que limita la viscositat, la velocitat de reticulació i les característiques del polímer com a material biomèdic.