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(Noticias de Nanowerk) Un equipo multidisciplinario de investigadores combinó elastómeros de cristal líquido (LCE) con un dispositivo termoeléctrico (TED) para desarrollar un transductor estirable capaz de actuación controlada eléctricamente, enfriamiento activo y conversión térmica a eléctrica para robótica blanda.
Los polímeros con memoria de forma conocidos como elastómeros de cristal líquido (LCE) son cada vez más populares para aplicaciones en robótica suave, háptica y computación portátil. Como actuadores, pueden permitir que los materiales se contraigan, expandan, cambien de forma y se comporten como músculos biológicos.
Debido a que la acción está impulsada por el calentamiento y el enfriamiento pasivo, los esfuerzos para acelerar estos procesos y aumentar la eficiencia energética son fundamentales para el progreso del trabajo.
Un equipo multidisciplinario de investigadores del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad Carnegie Mellon, el Instituto de Interacción Humano-Computadora y el Instituto de Robótica intentaron abordar este desafío combinando LCE con un dispositivo termoeléctrico (TED).
Los investigadores desarrollaron un mecanismo suave y flexible capaz de actuación controlada eléctricamente, refrigeración activa y conversión de energía térmica en eléctrica. Los resultados fueron publicados en la revista Materiales avanzados («Elastómero de cristal líquido con termoeléctrico blando integrado para activación de memoria de forma y recolección de energía»).
El mecanismo LCE-TED actúa como un convertidor, un dispositivo eléctrico que convierte una forma de energía en otra. Una capa delgada de TED contiene semiconductores incrustados en una matriz elastomérica impresa en 3D. Está cableado con interconexiones de metal líquido eutéctico galio indio (EGaIn).
Los TED funcionan con doble funcionalidad como calentadores y enfriadores en un modo y colectores de energía en el otro. Debido a que la capa está cubierta con LCE en ambos lados, el TED puede calentar y enfriar alternativamente las capas de LCE. Además, puede obtener energía de los cambios de temperatura.
«La capacidad de recuperar energía del calor residual y los gradientes térmicos podría contribuir a mejorar la eficiencia energética y la longevidad del dispositivo electrónico anfitrión o del sistema robótico», dijo Carmel Majidi, profesora de ingeniería mecánica que dirige el Laboratorio de máquinas blandas.
Las demostraciones de robótica blanda mostraron las ventajas de los transductores LCE-TED para su uso en aplicaciones prácticas: seguimiento rápido y preciso mediante refrigeración activa; maniobra autónoma e “inteligente” de un andador de dos piernas hacia una fuente de calor; y la producción de energía regenerativa.
«Esto demuestra el potencial para desarrollar sistemas robóticos suaves que pueden recolectar parte de la energía eléctrica que necesitan de la energía de su entorno», dijo Mason Zadan, Ph.D. Estudiante y primer autor del estudio.
La investigación adicional tendrá como objetivo integrar los transductores en las extremidades de los robots blandos para explotar mejor el potencial de LCE-TED. Otro aspecto del trabajo tendrá como objetivo desarrollar aún más las capacidades de recolección y control de energía utilizando plataformas robóticas blandas sin ataduras.
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