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(noticias nanowerk) La robótica blanda ha cautivado a los investigadores con la promesa de máquinas que pueden meterse en espacios reducidos, manipular objetos frágiles e interactuar intuitivamente con las personas. Sin embargo, aprovechar este potencial sigue siendo un objetivo difícil de alcanzar debido a las limitaciones en los materiales y métodos utilizados para accionar estos dispositivos flexibles.
Los componentes rígidos, como los motores, limitan el movimiento, mientras que los actuadores blandos luchan por equilibrar la resistencia, la velocidad y la durabilidad. Ahora los científicos han desarrollado tiras «protoplásmicas» bioinspiradas de metal líquido que pueden programarse para girar, doblarse y batir con precisión cuando se exponen a la luz. Este avance podría finalmente desbloquear la versatilidad que los robots blandos necesitan para gatear, alcanzar y aletear en aplicaciones del mundo real.
Los resultados fueron publicados en Materiales funcionales avanzados (“Actuadores fototérmicos de metal líquido programables inspirados en Zarcillos para robots blandos”).
![Producción de películas de metal líquido/poliimida/politetrafluoroetileno](https://www.nanowerk.com/news2/robotics/id64186_1.jpg)
El estudio subraya aún más el avance y destaca las propiedades y capacidades excepcionales de los componentes metálicos líquidos a base de galio. Estos materiales combinan de forma única una alta conductividad eléctrica y térmica con la fluidez de un líquido de baja viscosidad. Su capacidad para formar una capa de óxido atómicamente delgada garantiza la no toxicidad y la resistencia a la oxidación, lo cual es crucial para un uso seguro y duradero. Esta innovadora integración en películas de polímero da como resultado un compuesto que no solo conserva la flexibilidad del material base sino que también ofrece una importante capacidad de respuesta fototérmica.
Los resultados experimentales subrayan de manera impresionante la robustez y eficiencia de estos materiales. Se ha demostrado que los laminados con infusión de metal líquido pueden levantar objetos hasta 48 veces su propio peso, lo que demuestra su notable resistencia.
Su resistencia también queda demostrada por su rendimiento constante durante 2000 ciclos de movimiento, lo que corresponde a más de diez horas de funcionamiento continuo. Esta combinación de resistencia y durabilidad representa un avance significativo en el campo de la robótica blanda y promete una nueva era de sistemas robóticos versátiles y de alto rendimiento.
El desafío actual para la robótica blanda es encontrar actuadores que igualen la versatilidad de los músculos naturales. Materiales como las aleaciones con memoria de forma y los polímeros vuelven a su forma cuando se calientan, pero las formas temporales carecen de durabilidad. Los hidrogeles y los elastómeros de cristal líquido pueden crear configuraciones permanentes mediante el hinchamiento y el ordenamiento molecular, pero estas transiciones tienden a ser unidireccionales. Y los intentos de integrar componentes rígidos como motores y baterías anulan la ventaja clave de los sistemas blandos. La dificultad de programar movimientos reversibles complejos sin elementos duros ha sofocado el progreso.
Afortunadamente, varios avances recientes han preparado a la robótica blanda para un nuevo avance. Los metales líquidos a base de galio combinan de forma única una alta conductividad eléctrica y térmica con la fluidez de un líquido de baja viscosidad. Sus propiedades inusuales se basan en la fácil formación de una capa atómicamente delgada de óxido de galio que no es tóxica, previene una mayor oxidación y proporciona suficiente tensión superficial para mantener la forma.
Los investigadores descubrieron recientemente que este tensioactivo que se forma espontáneamente permite la incorporación de gotitas de metal líquido a microescala en películas de polímero flexible. Los compuestos resultantes mantienen la elasticidad del huésped al tiempo que adquieren capacidades fototérmicas. En otras palabras, se les puede enseñar a moverse en respuesta a la luz.
El último estudio demuestra la programación de una increíble variedad de configuraciones permanentes y reversibles en tiras de polímero incrustadas en metal líquido. El equipo elogia a Bioinspiration por su solución inteligente. Imitaron los zarcillos retorcidos de las plantas trepadoras cubriendo tiras con una banda «protoplásmica» externa diseñada para contraerse y doblarse cuando se estimulaba. Esta estructura bicapa imita ciertas actividades celulares que hacen que los zarcillos de la vid se giren hacia los soportes a medida que crecen.
Mediante una cuidadosa fabricación de laminados y un calentamiento estratégico por láser, los investigadores crearon películas que pueden curvarse firmemente en espirales, doblarse suavemente o realizar una transición suave entre estados, manteniendo cada forma hasta que se les solicite transformarse nuevamente.
Al imprimir patrones complejos y ajustar parámetros del laminado, como orientaciones de películas y proporciones de componentes, el equipo creó una notable gama de movimientos preprogramables. Su solución de metal líquido permite la creación rápida de prototipos de máquinas blandas adaptadas a tareas complejas como moverse, caminar, agarrar y nadar.
Para demostrar la adaptabilidad, los investigadores construyeron un brazo con punta de garra que se extiende, se cierra secuencialmente para recoger un objeto, lo levanta y luego lo vuelve a colocar. Una manipulación tan hábil sigue siendo imposible para los robots blandos convencionales. Estas impresionantes capacidades surgen de la combinación bioinspirada de una tira de soporte ajustada y una capa de contracción similar a un protoplasma, conectadas entre sí en matrices específicas.
Esta investigación proporciona un modelo interesante para robots blandos especializados que sean a la vez fuertes y ágiles. El equipo confirmó que sus laminados de metal líquido pueden levantar objetos hasta 48 veces su peso y funcionar de manera confiable después de 2000 ciclos de movimiento, más de diez horas de movimiento continuo. Esta resistencia proviene del potente componente polimérico, mientras que las partículas de metal líquido incrustadas proporcionan suficiente calor y una adhesión robusta. Juntas, estas propiedades podrían finalmente superar las limitaciones de robustez de la robótica blanda.
Los autores también formularon un modelo computacional que predice con precisión la flexión de los laminados en respuesta a las entradas de láser. Esta herramienta de simulación permite diseñar movimientos personalizados a través de prototipos de software y obtener una vista previa de los parámetros físicos requeridos antes de la fabricación.
Este enfoque simplificado permitió a los investigadores diseñar e implementar rápidamente adaptaciones originales, como zancudos acuáticos fotocontrolados, gusanos oruga y aleteos de mariposa. Ahora es posible imaginar y hacer realidad migraciones, manipulaciones y gestos más complejos.
Este estudio muestra cómo las sinergias derivadas de la comprensión de la naturaleza y el avance de la tecnología pueden impulsar la innovación. Los investigadores emularon procesos biológicos adaptativos perfeccionados por la evolución para crear actuadores dinámicos basados en metales líquidos utilizando modernos métodos informáticos y de nanofabricación.
El trabajo promete robots blandos personalizables que pueden lidiar mejor con el desorden del mundo real. Debido a que los materiales y la tecnología de fabricación ofrecen altos grados de libertad con baja complejidad, podrían surgir prototipos nuevos y simples para dispositivos altamente integrados y con capacidad de respuesta.
Estos “músculos” de metal líquido podrían algún día impulsar a ágiles serpientes de búsqueda y rescate que se escabullen a través de grietas, suaves pinzas de cosecha que previenen magulladuras, zapatillas deportivas intuitivas que controlan el movimiento humano y aplicaciones similares que requieren adaptabilidad. Al aprender de la naturaleza y luego replicar su ingenio, esta tecnología está ayudando a hacer avanzar las soluciones robóticas blandas hacia el potencial prometido desde hace mucho tiempo.
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