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Investigadores de Empa están trabajando en la producción de músculos artificiales que puedan seguir el ritmo de los músculos reales.

Ahora han desarrollado un método para producir estructuras blandas y elásticas pero potentes mediante impresión 3D.

Algún día, estas estructuras podrían usarse en medicina o robótica, y en cualquier otro lugar donde se necesiten cosas que se muevan con solo presionar un botón.

Los músculos artificiales no solo hacen que los robots se muevan: algún día, podrían ayudar a las personas en el trabajo o al caminar, o reemplazar tejido muscular lesionado.

Sin embargo, desarrollar músculos artificiales que puedan compararse con los músculos reales es un gran desafío técnico.

Para seguir el ritmo de sus contrapartes biológicas, los músculos artificiales no solo deben ser potentes, sino también elásticos y blandos.

En esencia, los músculos artificiales son los llamados actuadores: componentes que convierten los impulsos eléctricos en movimiento.

Los actuadores se utilizan dondequiera que algo se mueva con solo presionar un botón, ya sea en casa, en el motor de un automóvil o en plantas industriales altamente desarrolladas.

Sin embargo, estos componentes mecánicos duros aún no tienen mucho en común con los músculos.

Un equipo de investigadores del Laboratorio de Polímeros Funcionales de Empa está trabajando en actuadores fabricados con materiales blandos.

Ahora, por primera vez, han desarrollado un método para producir componentes tan complejos mediante una impresora 3D.

Los actuadores elásticos dieléctricos (DEA) están compuestos de dos materiales diferentes a base de silicona: un material de electrodo conductor y un dieléctrico no conductor.

Estos materiales se entrelazan en capas.

“Es un poco como entrelazar los dedos”, explica el investigador de Empa Patrick Danner.

Si se aplica una tensión eléctrica a los electrodos, el actuador se contrae como un músculo. Cuando se desconecta la tensión, se relaja hasta su posición original.

La impresión 3D de una estructura de este tipo no es un asunto trivial, como sabe Danner.

A pesar de sus propiedades eléctricas muy diferentes, los dos materiales blandos deben comportarse de forma muy similar durante el proceso de impresión.

No deben mezclarse, pero deben mantenerse unidos en el actuador terminado.

Los “músculos” impresos deben ser lo más blandos posible para que un estímulo eléctrico pueda provocar la deformación necesaria.

A esto hay que añadir los requisitos que deben cumplir todos los materiales imprimibles en 3D: deben licuarse bajo presión para poder extruirse por la boquilla de la impresora.

Sin embargo, inmediatamente después deben ser lo suficientemente viscosos como para mantener la forma impresa.

“Estas propiedades suelen estar en contradicción directa“, dice Danner.

“Si se optimiza una de ellas, las otras tres cambian… normalmente para peor”.

En colaboración con investigadores de la ETH de Zúrich, Danner y Dorina Opris, que dirige el grupo de investigación de materiales poliméricos funcionales, han conseguido conciliar muchas de estas propiedades contradictorias.

Dos tintas especiales, desarrolladas en Empa, se imprimen en actuadores blandos funcionales utilizando una boquilla desarrollada por los investigadores de la ETH Tazio Pleij y Jan Vermant.

La colaboración forma parte del proyecto a gran escala Manufhaptics, que forma parte del área estratégica de fabricación avanzada del dominio ETH.

El objetivo del proyecto es desarrollar un guante que haga tangibles los mundos virtuales.

Los músculos artificiales están diseñados para simular el agarre de objetos mediante resistencia.

Sin embargo, los actuadores blandos tienen muchas más posibilidades de aplicación.

Son ligeros, silenciosos y, gracias al nuevo proceso de impresión 3D, se pueden moldear según las necesidades.

Podrían sustituir a los actuadores convencionales en automóviles, máquinas y robótica.

Si se perfeccionan aún más, también podrían utilizarse en aplicaciones médicas.

Opris y Danner ya están trabajando en ello.

Su nuevo proceso no solo permite imprimir formas complejas, sino también fibras elásticas largas.

“Si logramos hacerlas un poco más finas, podremos acercarnos bastante a cómo funcionan las fibras musculares reales“, afirma Opris.

El investigador cree que en el futuro será posible imprimir un corazón entero a partir de estas fibras.

Sin embargo, todavía queda mucho por hacer antes de que este sueño se convierta en realidad.

Fuente: Advanced Materials Technologies