Investigadores han diseñado un material que es tan suave como la piel pero sorprendentemente fuerte.
El equipo de Ulsan National Institute of Science & Technology (UNIST) en Corea del Sur ha desarrollado un innovador músculo artificial compuesto magnético. Este nuevo material puede adaptar su rigidez, pasando de suave a rígido, y viceversa.
Interesantemente, el músculo artificial muestra “una impresionante capacidad para soportar cargas comparables a las de los automóviles”.
Además, la rigidez de este material es asombrosamente 2,700 veces mayor que la de los materiales tradicionales. Esta tecnología podría beneficiar significativamente a la robótica suave y la tecnología ponible.
Ilustración esquemática que representa el concepto del músculo compuesto monofásico y sus funcionalidades multifuncionales. Crédito: Nature Communications
Fuertes músculos artificiales
Los músculos artificiales suaves y similares a los humanos son vitales para la robótica, los dispositivos ponibles y médicos.
Mientras que los materiales suaves tradicionales son ideales para movimientos suaves, fallan en cuanto a fuerza y precisión. Particularmente, los materiales existentes son demasiado rígidos para levantar pesos pesados y demasiado flexibles para mantener un control preciso.
En este nuevo desarrollo, los investigadores liderados por el Profesor Hoon Eui Jeong del Departamento de Ingeniería Mecánica, han intentado superar estos problemas.
Para ello, utilizaron materiales que podían cambiar entre estados duros y suaves. Los investigadores combinaron dos materiales clave: partículas ferromagnéticas y polímeros con memoria de forma.
Las partículas ferromagnéticas responden a campos magnéticos, lo que permite controlar el músculo de forma remota. También contribuyen a la fuerza del músculo.
Por otro lado, estos polímeros pueden cambiar de forma en respuesta a estímulos específicos (como calor o luz) y luego volver a su forma original. Esto permite que el músculo sea altamente adaptable y cambie su rigidez.
Al combinar estos dos materiales, los investigadores crearon un nuevo tipo de músculo artificial que es fuerte y flexible.
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Increíble rigidez
Los investigadores utilizaron un “tratamiento de superficie” especial para unir las partículas magnéticas al polímero con memoria de forma.
Esto creó una conexión sólida entre los dos materiales, lo que mejoró la fuerza y el rendimiento general del músculo artificial.
Además, esta conexión permite que el músculo responda de manera rápida y eficiente a los campos magnéticos. Cuando se aplica un campo magnético, las partículas magnéticas reaccionan, haciendo que el músculo cambie de forma. Esta respuesta rápida permite movimientos precisos y controlados.
“Utilizando métodos de multiestimulación, incluido el calentamiento láser y el control de campo magnético, podemos ejecutar de forma remota movimientos fundamentales como elongación, contracción, flexión y torsión, junto con acciones más complejas como manipular objetos con precisión”, explicó el Profesor Jeong.
Según el comunicado de prensa, estos músculos son increíblemente adaptables, capaces de cambiar su rigidez en 2,700 veces y su suavidad en ocho veces.
Notablemente, estos materiales pueden soportar fuerzas de tracción 1,000 veces su peso y fuerzas de compresión 3,690 veces su peso.
Estos músculos son potencias de eficiencia, convirtiendo un asombroso 90.9% de la energía de entrada en trabajo útil.
El equipo también trabajó para reducir las vibraciones. El material incorpora un diseño de doble capa innovador, con una capa de hidrogel que amortigua las vibraciones. Esto permite un control sin precedentes y reduce las vibraciones del músculo artificial incluso a altas velocidades.
“Esta investigación abre caminos para aplicaciones transformadoras en diversos sectores, impulsadas por propiedades mecánicas y rendimiento que trascienden las limitaciones de los músculos artificiales existentes”, concluyó Jeong.
El estudio fue publicado en la revista Nature Communications.