Los científicos de la Universidad Tecnológica Nanyang de Singapur (NTU Singapur) han creado un material similar al papel derivado del polen que se dobla y riza en respuesta a los niveles cambiantes de humedad ambiental.

La capacidad de este papel elaborado con polen para alterar sus características mecánicas en respuesta a estímulos externos puede hacerlo útil en una amplia gama de aplicaciones. incluidos robots blandos, sensores, músculos artificiales, y generadores eléctricos.

Combinado con impresión digital, El papel de polen puede ser prometedor para la fabricación de una nueva generación de actuadores naturales programables:componentes de una máquina que son responsables de mover y controlar un mecanismo.

Los resultados, publicado en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias esta semana, muestre cómo el equipo de NTU Singapur formuló el papel utilizando granos de polen suavizados.

Demostraron las propiedades del papel a base de polen doblándolo en una flor que 'florece' en presencia de vapor de agua. También demostraron que las propiedades físicas del material de polen se pueden ajustar, con una tira de papel a base de polen que pueda "caminar".

Los autores correspondientes de este artículo son el profesor asistente Song Juha de la Escuela de Ingeniería Química y Biomédica, y el profesor Cho Nam-Joon y el profesor Subra Suresh de la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la NTU.

Subra Suresh, profesora universitaria distinguida de la NTU, quien también es el presidente de NTU, dijo:"Se ha avanzado mucho en el desarrollo de sensores y actuadores bioinspirados basados ​​en materiales sintéticos diseñados, pero estos materiales tienen limitaciones, como problemas de sostenibilidad ambiental y un costo relativamente alto. Sigue existiendo una necesidad crítica de incorporar materiales rentables y ecológicos. Así como las piñas abren y cierran sus escamas dependiendo de la cantidad de humedad en el aire, nuestro equipo de investigación de NTU ha demostrado que el papel de polen creado a partir de granos de polen abundantes de forma natural responde como un actuador a los cambios en la humedad ambiental ".

Profesor de NTU Cho Nam-Joon, quien ocupa la Cátedra de la Sociedad de Investigación de Materiales de Singapur en Ciencia e Ingeniería de Materiales, dijo:"Estos hallazgos se basan en el trabajo reciente de nuestro equipo de NTU, en el que mostramos cómo los granos duros de polen se pueden convertir en partículas blandas de microgel que alteran sus propiedades en respuesta a estímulos externos. Este proceso también produce polen y los productos que creamos a partir de él, no alergénico ".

Papel de polen que se dobla, voltea y se mueve

Para formar el papel, El equipo de NTU transformó por primera vez los granos de polen ultrarresistentes de girasoles en un material similar a un gel mediante un proceso similar al de la fabricación de jabón convencional. Este proceso incluye eliminar el cemento de polen pegajoso a base de aceite que recubre la superficie del grano, antes de incubar el polen en condiciones alcalinas durante horas.

El material similar a un gel resultante se vierte en un molde y se deja secar. formando un material similar al papel. Usando microscopía electrónica de barrido, los científicos observaron que el papel a base de polen comprende capas alternas de partículas de polen, con la capa superior significativamente más rugosa que la capa inferior.

La superficie superior del papel de polen, que parece helado a simple vista, mostró restos de las distintas espigas de los granos de polen de girasol, contribuyendo a su rugosidad. La superficie inferior que adquiere un acabado de superficie similar a un espejo, fue relativamente más suave.

Esta diferencia estructural en las capas de partículas de polen significa que, en presencia de vapor de agua, el papel comienza a doblarse, y en condiciones secas, se dobla. Los ciclos repetidos de condiciones húmedas y secas hacen que el papel realice un movimiento de volteo con el tiempo.

El profesor asistente de NTU, Song Juha, explicó:"Durante la absorción de agua o vapor de agua, las partículas de polen del papel se hinchan y expanden. Debido a la diferencia estructural en las capas de partículas de polen, el papel se hincha de manera diferente en diferentes partes. Esto induce tensiones internas a través del grosor del papel, lo que la obliga a doblarse ".

Para demostrar que es posible personalizar la capacidad de respuesta al vapor de agua del papel de polen, el equipo ajustó los parámetros de procesamiento, principalmente el tiempo de incubación alcalino de los granos de polen. Unieron dos muestras de papel de polen, cada uno preparado en diferentes tiempos de incubación (3 horas y 12 horas), para formar una tira de papel de polen bimaterial con un límite visible.

Cuando el papel de polen bimaterial se expuso a un ciclo de secado húmedo, Las diferentes reacciones de las dos muestras de papel de polen a la humedad hicieron que el papel "caminara" como una oruga que se mueve al expandir y contraer alternativamente su cuerpo blando.

Los científicos también demostraron la aplicación potencial del papel de polen como un robot blando autoactivado a través de una flor hecha de papel de polen que 'florece' a través de la absorción gradual de vapor de agua.

El profesor Suresh dijo:"El papel de polen que hemos desarrollado muestra una fuerte actuación mecánica a medida que cambia la humedad. Este material natural muestra potencial para desarrollar un amplio espectro de sistemas de actuación con propiedades personalizadas para diferentes necesidades funcionales".