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Investigadores del KTH Royal Institute of Technology han creado una sustancia muscular robótica en miniatura que atraviesa paredes de ladrillo. Utilizando pulsos electrónicos de menos de un voltio, el material (un hidrogel especialmente desarrollado) puede cambiar de forma, expandirse y comprimirse según sea necesario.
El material está hecho de nanofibras de celulosa (CNF) derivadas de la madera, y la robótica es sólo una posible aplicación para la que se puede utilizar. Las posibles aplicaciones de la técnica incluyen la síntesis bioquímica y la medicina.
Los investigadores del KTH Royal Institute of Technology publicaron sus resultados en Materiales avanzados.
Según Tobias Benselfelt, investigador del Departamento de Tecnología de Fibras del Real Instituto de Tecnología KTH, estos hidrogeles se hinchan mediante el movimiento del agua impulsado por pulsos electroquímicos, a diferencia de los músculos robóticos que se expanden en respuesta al aire o fluido comprimido.
Los principales componentes del material son agua, nanofibras de celulosa derivadas de la pulpa y nanotubos de carbono que actúan como conductores. Aunque es un hidrogel, el material parece tiras de plástico cuando se mezcla con nanofibras de carbono.
Inspirado en las plantas
La resistencia del material resulta de la disposición de las nanofibras en la dirección de la veta de la madera.
Los hidrogeles de nanofibras se hinchan uniaxialmente, es decir, en un solo eje, y generan así una alta presión. Una sola pieza de 15×15 cm puede levantar un coche de 2 toneladas.
Tobias Benselfelt, investigador, Departamento de Tecnología de Fibras, Instituto Real de Tecnología KTH
Al incorporar nanotubos de carbono conductores en el hidrogel, la hinchazón del material podría regularse electrónicamente, lo que llevó a la creación de lo que los investigadores llaman actuadores osmóticos electroquímicos de hidrogel.
El coautor del estudio, Max Hamedi de KTH, afirma que los patrones de crecimiento de las plantas sirvieron de inspiración.
Piensa en lo fuertes que son las plantas. Los árboles pueden crecer a través del pavimento utilizando las mismas fuerzas que aplicamos nosotros; simplemente controlamos esa fuerza electrónicamente.
Max Hamedi, profesor asociado, Departamento de Tecnología de Fibras, KTH Royal Institute of Technology
Posibles usos
Según Benselfelt, una característica fascinante de la investigación es la capacidad de regular electrónicamente la porosidad del material. Estos hidrogeles tienen el potencial de aumentar la porosidad en un 400 por ciento, lo que los convierte en el material perfecto para membranas sintonizables eléctricamente destinadas a separar o distribuir fármacos o moléculas en tiempo real.
Esta expansión perfectamente controlada también permite que el material genere suficiente fuerza para romper un pequeño ladrillo, como demostraron los investigadores en relación con su estudio. Sin embargo, los investigadores suponen que inicialmente se limitarán a dispositivos pequeños, como válvulas o interruptores en microfluidos.
Hamedi añadió: “Actualmente están disponibles en películas delgadas, lo que limita su uso como músculos artificiales para robots más grandes..”
De cara al futuro, los robots submarinos podrían ser una aplicación robótica viable. Según Benselfelt, se pueden utilizar a grandes profundidades porque los hidrogeles no se pueden comprimir con la presión del agua.
Benselfelt señaló: “En general, es un paso hacia máquinas suaves y realistas. Sin embargo, esta visión queda muy lejos en el futuro.«
Otra ventaja de la tecnología es que su producción es bastante barata. El equipo todavía está trabajando para mejorar el material, imprimir músculos eléctricos en 3D y descubrir cómo ampliarlo para aplicaciones comerciales.
El estudio se llevó a cabo en el Real Instituto de Tecnología KTH y el Centro de Celulosa Digital con investigadores del Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes, la Universidad de Linköping y la Universidad Tecnológica de Braunschweig.
Referencia de la revista:
Benselfelt, T., et al. (2023) Hidrogeles controlados electroquímicamente con permeabilidad electroajustable y accionamiento uniaxial. Materiales avanzados. doi:10.1002/adma.202303255
Fuente: https://www.kth.se/en
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