Logran hacer origami con láminas de polímero que reaccionan a la luz

Si observa las hojas de una planta el tiempo suficiente, es posible que las vea moverse y girar hacia la luz del sol durante el día. Sucede de forma lenta pero segura.

Algunos materiales artificiales pueden imitar esta reacción lenta pero constante a la energía de la luz, generalmente desencadenada por láseres o luz ambiental enfocada.

Una nueva investigación de la Universidad de Pittsburgh y la Universidad Carnegie Mellon ha descubierto una forma de acelerar este efecto lo suficiente como para que su rendimiento pueda competir con los sistemas eléctricos y neumáticos.

“Queríamos crear máquinas donde la luz sea la única fuente de energía y dirección”, explicó M. Ravi Shankar, profesor de ingeniería industrial y autor principal del artículo.

“El desafío es que, si bien pudimos obtener algo de movimiento y actuación con polímeros impulsados ​​por la luz, fue una respuesta demasiado lenta para ser práctica“.

Cuando la lámina de polímero es plana, la luz la anima lentamente, curvándose o rizándose con el tiempo.

Los investigadores encontraron que al formar el polímero en una forma curva, como un caparazón, la acción de flexión ocurrió mucho más rápidamente y generó más torque.

“Si quieres mover algo, como accionar un interruptor o mover una palanca, necesitas algo que reaccione rápidamente y con suficiente potencia“, dijo Shankar, quien tiene un cargo secundario en ingeniería mecánica y ciencia de materiales.

“Descubrimos que al aplicar una restricción mecánica al material confinándolo en los bordes e incrustando arreglos de moléculas cuidadosamente pensados, podemos convertir una respuesta lenta en algo que es más impulsivo“.

Los investigadores utilizaron una película de polímero cristalino líquido (ALCP) funcionalizado con azobenceno fotosensible que tiene 50 micrómetros de espesor y varios milímetros de ancho y largo.

Se creó una geometría en forma de concha confinando este material a lo largo de sus bordes para crear una curva.

Al iluminar esta geometría, la cáscara se pliega en un pliegue que se nuclea espontáneamente.

Este plegado se produce en decenas de milisegundos y genera densidades de par de hasta 10 newton-metros por kilogramo (10 Nm/kg).

La respuesta impulsada por la luz se magnifica en aproximadamente tres órdenes de magnitud en comparación con el material que era plano.

“Los resultados del proyecto son muy emocionantes porque significa que podemos crear actuadores alimentados por luz que sean competitivos con los actuadores eléctricos”, dijo Kaushik Dayal, coautor y profesor de ingeniería civil y ambiental en CMU.

“Nuestro enfoque para aumentar el rendimiento de los polímeros impulsados ​​por la luz podría reinventar el diseño de robots blandos totalmente libres con numerosas aplicaciones tecnológicas“, agregó el autor principal e investigador postdoctoral de CMU Mahnoush Babaei.

Fuente: PITT