Músculos artificiales soportan tensiones de tracción de hasta 1.000 veces su propio peso

Un equipo de investigación, dirigido por el profesor Hoon Eui Jeong del Departamento de Ingeniería Mecánica de la UNIST, ha presentado un innovador músculo artificial compuesto magnético, que muestra una capacidad impresionante para soportar cargas comparables a las de los automóviles.

Este material logra una mejora de la rigidez de más de 2.700 veces en comparación con los sistemas convencionales. 

Los músculos artificiales blandos, que emulan la fluidez del movimiento muscular humano, han surgido como tecnologías vitales en varios campos, incluida la robótica, los dispositivos portátiles y las aplicaciones biomédicas.

Su flexibilidad inherente permite operaciones más suaves; sin embargo, los materiales tradicionales suelen presentar limitaciones en cuanto a rigidez, lo que dificulta su capacidad para levantar pesos sustanciales y mantener un control preciso debido a vibraciones no deseadas.

Para superar estos desafíos, los investigadores han empleado materiales rígidos variables que pueden pasar de estados duros a blandos.

Sin embargo, el rango disponible para la modulación de la rigidez ha seguido siendo limitado, junto con un rendimiento mecánico inadecuado.

El innovador enfoque del equipo combina partículas ferromagnéticas con polímeros con memoria de forma para crear un músculo artificial compuesto magnético blando que mejora significativamente tanto la capacidad de carga como la elasticidad.

Este nuevo material integra partículas ferromagnéticas capaces de generar fuerzas magnéticas sustanciales con polímeros con memoria de forma reconocidos como materiales rígidos versátiles.

Mediante un tratamiento superficial especializado, las partículas ferromagnéticas forman intrincados entrelazamientos físicos con el polímero con memoria de forma.

Esta interacción sinérgica no solo aumenta las propiedades mecánicas del compuesto, sino que también facilita respuestas rápidas y eficientes a los campos magnéticos externos.

Los músculos artificiales desarrollados mediante este avance exhiben una adaptabilidad extraordinaria, modificando su rigidez hasta 2700 veces y logrando aumentos de más de ocho veces en suavidad.

En condiciones rígidas, están diseñados para soportar tensiones de tracción de hasta 1000 veces su peso y tensiones de compresión de hasta 3690 veces su peso.

En términos de eficiencia de actuación, estos innovadores músculos demuestran capacidades de rendimiento notables, con una eficiencia energética que alcanza un impresionante 90,9%.

El equipo de investigación también ha implementado una arquitectura de doble capa, que incorpora una capa de hidrogel diseñada para mitigar las vibraciones externas.

Esta estructura permite un control preciso de los músculos artificiales blandos, incluso durante operaciones rápidas.

El profesor Jeong afirmó:

“Esta investigación abre vías para aplicaciones transformadoras en diversos sectores, impulsadas por propiedades mecánicas y un rendimiento que trascienden las limitaciones de los músculos artificiales existentes.

“Utilizando métodos de estimulación múltiple, incluido el calentamiento por láser y el control del campo magnético, podemos ejecutar de forma remota movimientos fundamentales como elongación, contracción, flexión y torsión, junto con acciones más complejas como la manipulación de objetos con precisión“.

Fuente: Nature communications