Por: Ameya Paleja
Investigadores de la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA) han desarrollado un nuevo material para construir músculos artificiales que son más fuertes y hasta 10 veces más flexibles que los músculos naturales, según un comunicado de prensa de la universidad.
Los científicos han estado interesados en replicar los músculos del cuerpo, que luego se pueden usar para hacer robots blandos y nuevas tecnologías hápticas con sentido del tacto. Hay muchos materiales blandos que son conocidos por los científicos de materiales que pueden hacer el doble trabajo de ofrecer un resultado mecánico y al mismo tiempo permanecer viables en condiciones de alta tensión.
Una clase de materiales llamados elastómeros dieléctricos (DE) pueden ofrecer tanto flexibilidad como dureza, y no solo son livianos sino que también tienen una alta densidad de energía elástica. Los DE pueden estar hechos de compuestos naturales o sintéticos y son polímeros que pueden cambiar de tamaño o forma cuando se aplica un campo eléctrico. Esto los convierte en materiales ideales para fabricar actuadores, es decir, máquinas que pueden convertir energía eléctrica en trabajo mecánico.
Actualmente, los DE se fabrican con acrílico o silicona y, si bien estos han sido útiles, también tienen ciertos inconvenientes. Los DE hechos de acrílico pueden manejar altos niveles de tensión, pero requieren un estiramiento previo y carecen de flexibilidad. Por otro lado, los DE de silicona se pueden fabricar fácilmente pero no soportan altas tensiones.
En colaboración con la organización sin fines de lucro SRI International (anteriormente conocida como Stanford Research Institute), el equipo de la UCLA utilizó productos químicos disponibles en el mercado y un proceso de curado basado en luz ultravioleta (UV) para mejorar la DE a base de acrílico.
Los investigadores pudieron cambiar el entrecruzamiento en las cadenas de polímeros del material para hacer que el DE fuera más suave, flexible y fácil de escalar sin perder resistencia ni fuerza. Los cambios en el proceso de fabricación permitieron a los investigadores hacer películas delgadas de DE, que ellos llaman elastómero dieléctrico procesable de alto rendimiento o PHDE.
¿Cómo se puede utilizar PHDE?
Una película de PHDE es tan delgada como un cabello humano e igualmente liviana. La superposición de estas películas puede ayudar a los investigadores a crear actuadores en miniatura que pueden funcionar como tejido muscular y producir suficiente energía mecánica para impulsar un pequeño robot.
Los materiales blandos se han estratificado antes. Sin embargo, el método empleado para hacerlo implica el uso de una resina líquida que primero debe depositarse y luego curarse. Tal proceso «húmedo» puede dar como resultado un actuador con capas desiguales, lo que resulta en un mal rendimiento. Esta es la razón por la cual los músculos artificiales que quizás haya visto en el pasado tienen solo una capa de espesor.
Los investigadores de UCLA también trabajaron en este aspecto e implementaron un proceso seco en el que las películas de PHDE se colocan en capas con una cuchilla y luego se curan con UV. El proceso simplificado incluso ha permitido a los investigadores fabricar actuadores que se asemejan a patas de araña que se doblan y luego saltan, o incluso dan cuerda y luego giran.
Estos nuevos actuadores pueden generar muchas veces más fuerza que los músculos biológicos y son entre 3 y 10 veces más flexibles que sus contrapartes naturales, afirma el comunicado de prensa. En una demostración, los investigadores demostraron que el actuador podía lanzar una pelota que pesaba 20 veces su peso.
«Este actuador flexible, versátil y eficiente podría abrir las puertas a los músculos artificiales en las nuevas generaciones de robots, o en sensores y tecnología portátil que pueden imitar con mayor precisión o incluso mejorar el movimiento y las capacidades humanas», dijo Qibing Pei, profesor de ciencia de los materiales. e ingeniería en la UCLA.
La investigación ha sido publicada en la revista Science.
