La venus atrapamoscas es la planta carnívora que seguramente tienes en mente. Sus hojas modificadas presentan dos lóbulos que se convierten en una trampa cuando un insecto toca dos de sus tres sensores en forma de pelillos, situados hacia la bisagra de su particular ‘boca dentada’.
A diferencia del movimiento animal, el rápido cierre de las fauces de una planta carnívora no responde a un impulso de neuronas, aunque sí produce un impulso eléctrico mediante un juego de electrones e iones. Ahora han conseguido controlarlo con un sistema neuronal externo. O sea: han logrado dar órdenes a una planta y que se mueva.
Por primera vez, una neurona orgánica artificial, que es una célula nerviosa, puede integrarse con una planta viva y producir una sinapsis orgánica artificial. Tanto la neurona como la sinapsis (comunicación entre neuronas) están hechas de transistores eléctricos y químicos impresos, imitando a los vivos.
Al conectarse a la venus carnívora, los pulsos eléctricos de la célula nerviosa artificial pueden hacer que las hojas de la planta se cierren, aunque ninguna mosca haya entrado en la trampa.
Semiconductores, a modo de órganos, pueden conducir tanto electrones como iones. Eso ayuda a imitar el mecanismo que genera los de pulsos en las plantas carnívoras. En este caso, un pequeño pulso eléctrico de menos de 0,6 voltios puede inducir potenciales de acción en la planta, lo que a su vez hace que las hojas se cierren.
Neuronas sobre plástico para dar órdenes a la planta carnívora
“Elegimos la venus atrapamoscas para poder mostrar claramente cómo podemos dirigir el sistema biológico con un sistema orgánico artificial y hacer que se comuniquen en el mismo idioma”, dice Simone Fabiano, profesor asociado e investigador principal en nanoelectrónica orgánica en la Universidad de Linköping de Suecia.
En 2018, su grupo se convirtió en el primero en desarrollar circuitos electroquímicos orgánicos imprimibles. Es decir, con polímeros que conducen cargas negativas y positivas. Esto hizo posible construir transistores electroquímicos orgánicos complementarios. Un primer paso para tener una neurona artificial.
Junto con investigadores de Lund y Gotemburgo, el grupo ha utilizado los transistores impresos para emular las neuronas y las sinapsis del sistema biológico. Los resultados ahora han sido publicados en la prestigiosa revista Nature Communications.
“Por primera vez, estamos utilizando la capacidad del transistor para cambiar en función de la concentración de iones y modular la frecuencia de pico (de tensión)”, dice Padinhare Cholakkal Harikesh, investigador postdoctoral en el Laboratorio de Electrónica Orgánica. La frecuencia de pico da la señal que hace que el sistema biológico reaccione.
La neurona artificial aprende con cada comunicación con la planta carnívora
Fabiano explica que “también hemos demostrado que la conexión entre la neurona y la sinapsis tiene un comportamiento de aprendizaje, llamado aprendizaje hebbiano. La información se almacena en la sinapsis, lo que hace que la señalización sea cada vez más efectiva”.
La esperanza es que las células nerviosas artificiales puedan usarse para prótesis humanas sensibles, sistemas implantables para aliviar enfermedades neurológicas y robótica inteligente suave. “Hemos desarrollado neuronas basadas en iones, similares a las nuestras, que pueden conectarse a sistemas biológicos”.
Los semiconductores orgánicos tienen numerosas ventajas: no generan tanto rechazo en pacientes; son biodegradables; son blandos y moldeables. Solo requieren de bajo voltaje para funcionar, “lo cual es completamente inofensivo tanto para las plantas como para los vertebrados”, concluye Chi-Yuan Yang, investigador postdoctoral del Laboratorio de Electrónica Orgánica.
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