Una hoja circular delgada inicialmente plana de elastómero con electrodos incrustados se transforma en una forma de silla de montar Crédito:Clarke Lab / Harvard SEAS
Sistemas mecánicos, como motores y motores, dependen de dos tipos principales de movimientos de componentes rígidos:movimiento lineal, que involucra un objeto que se mueve de un punto a otro en línea recta; y movimiento de rotación, que implica un objeto que gira sobre un eje.
La naturaleza ha desarrollado formas mucho más sofisticadas de movimiento, o actuación, que pueden realizar funciones complejas de manera más directa y con componentes suaves. Por ejemplo, nuestros ojos pueden cambiar el punto focal simplemente contrayendo los músculos blandos para cambiar la forma de la córnea. A diferencia de, las cámaras enfocan moviendo lentes sólidos a lo largo de una línea, ya sea manualmente o mediante un enfoque automático.
Pero, ¿y si pudiéramos imitar los cambios de forma y los movimientos que se encuentran en la naturaleza?
Ahora, investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson han desarrollado un método para cambiar la forma de una hoja plana de elastómero, utilizando una actuación que es rápida, reversible, controlable por un voltaje aplicado, y reconfigurable a diferentes formas.
La investigación fue publicada en Comunicaciones de la naturaleza .
"Vemos este trabajo como el primer paso en el desarrollo de un software material que cambia de forma que cambia de forma de acuerdo con las señales de control eléctrico de una computadora, "dijo David Clarke, el Profesor de Materiales de la Familia Extendida Tarr en SEAS y autor principal del artículo. "Esto es similar a los primeros pasos que se dieron en la década de 1950 para crear circuitos integrados a partir de silicio, Reemplazo de circuitos hechos de discretos, componentes individuales. Así como esos circuitos integrados eran primitivos en comparación con las capacidades de la electrónica actual, nuestros dispositivos tienen una arquitectura tridimensional simple pero integrada de conductores eléctricos y dieléctricos, y demostrar los elementos de la reconfiguración programable, para crear cambios de forma grandes y reversibles ".
Una hoja circular delgada inicialmente plana de elastómero se transforma en una forma de cúpula según los conjuntos de electrodos que se encienden o apagan Crédito:Clarke Lab / Harvard SEAS
La hoja de elastómero reconfigurable se compone de múltiples capas. Entre cada capa se incorporan electrodos a base de nanotubos de carbono de diferentes formas. Cuando se aplica un voltaje a estos electrodos, se crea un campo eléctrico que varía espacialmente dentro de la hoja de elastómero que produce cambios desiguales en la geometría del material, lo que le permite transformarse en una forma tridimensional controlable.
Se pueden encender diferentes juegos de electrodos de forma independiente, permitiendo diferentes formas en función de qué juegos de electrodos están encendidos y cuáles están apagados.
"Además de ser reconfigurable y reversible, estas acciones de transformación de forma tienen una densidad de potencia similar a la de los músculos naturales, "dijo Ehsan Hajiesmaili, primer autor del artículo y estudiante de posgrado en SEAS. "Esta funcionalidad podría transformar la forma en que funcionan los dispositivos mecánicos. Hay ejemplos de dispositivos actuales que podrían hacer uso de deformaciones más sofisticadas para funcionar de manera más eficiente, como espejos ópticos y lentes. Más importante, este método de actuación abre la puerta a dispositivos novedosos que se consideran demasiado complicados de seguir debido a las complejas deformaciones requeridas, como un perfil aerodinámico que cambia de forma ".
Una hoja circular delgada inicialmente plana de elastómero se transforma en una forma de silla de montar según los conjuntos de electrodos que se encienden o apagan Crédito:Clarke Lab / Harvard SEAS
En esta investigación, el equipo también predijo las formas de actuación, dado el diseño de la disposición de los electrodos y el voltaje aplicado. Próximo, Los investigadores tienen como objetivo abordar el problema inverso:dada una forma de actuación deseada, ¿Cuál es el diseño de los electrodos y el voltaje requerido que lo causará?
