La "alfombra mágica" que aparece en los cuentos de "Las mil y una noches" hasta "Aladdin" de Disney captura la imaginación no solo porque puede volar, pero como también puede saludar, solapa, y alterar su forma para servir a sus jinetes. Con esa inspiración y la asistencia de reacciones químicas catalíticas en soluciones, Un equipo de la Escuela de Ingeniería Swanson de la Universidad de Pittsburgh ha diseñado un Lámina que cambia de forma y se mueve de forma autónoma en un fluido lleno de reactivo.

El artículo, "Diseñar autopropulsados, láminas químicamente activas:envoltorios, aletas y enredaderas, "fue publicado recientemente en la revista AAAS Avances de la ciencia . La investigadora principal es Anna C. Balazs, la Cátedra John A. Swanson y Profesor Distinguido de Ingeniería Química y del Petróleo en la Escuela Swanson. El autor principal es Abhrajit Laskar, y el coautor es Oleg E. Shklyaev, ambos asociados postdoctorales.

"Ha sido durante mucho tiempo un desafío en química crear un objeto no vivo que se mueva por sí solo dentro de un entorno, que a su vez altera la forma del objeto, permitiéndole realizar tareas completamente nuevas, como atrapar otros objetos, "Explicó el Dr. Balazs." Los investigadores anteriormente han creado parches químicamente activos en una superficie que podría generar flujo de líquido, pero el flujo no influyó en la ubicación o la forma del parche. Y en nuestro propio laboratorio hemos modelado partículas esféricas y rectangulares que pueden moverse de forma autónoma dentro de una microcámara llena de líquido. Pero ahora tenemos este sistema integrado que utiliza una reacción química para activar el movimiento del fluido que simultáneamente transporta un objeto flexible y "esculpe" su forma. y todo sucede de forma autónoma ".

El grupo logró esta hazaña de autopropulsión y reconfiguración al introducir una capa de catalizadores en la lámina flexible, que es aproximadamente el ancho de un cabello humano. La adición de reactivos al fluido circundante inicia tanto el movimiento de la alfombra como los cambios de forma. "A nuestro leal saber y entender, esta es la primera vez que estas reacciones químicas catalíticas se han aplicado a láminas 2-D para generar flujos que transforman estas láminas en móviles, Objetos 3-D, "Dijo el Dr. Balazs.

Más lejos, colocando diferentes catalizadores en áreas específicas de la hoja y controlando la cantidad y el tipo de reactivos en el fluido, el grupo creó una cascada útil de reacciones catalíticas donde un catalizador descompone una sustancia química asociada, que luego se convierte en un reactivo para la siguiente del conjunto de reacciones catalíticas. Agregar diferentes reactivos y diseñar configuraciones apropiadas de la hoja permite una variedad de acciones; en este estudio, envolver un objeto, haciendo un movimiento de aleteo, y tropezar con obstáculos en una superficie.

"Un dispositivo de microfluidos que contiene estas hojas activas ahora puede realizar funciones vitales, como el transporte de carga, agarrando un suave, objeto delicado, o incluso arrastrándose para limpiar una superficie, "El Dr. Shklyaev dijo." Estas micro-máquinas flexibles simplemente convierten la energía química en reconfiguración y movimiento espontáneos, lo que les permite realizar un repertorio de trabajos útiles ".

El Dr. Laskar agregó que si la hoja se corta en forma de flor de cuatro pétalos y se coloca en la superficie de un dispositivo de microfluidos, la química de los pétalos se puede "programar" para que se abran y cierren individualmente, crear puertas que realicen operaciones lógicas, así como generar flujos de fluidos particulares para transportar partículas por todo el dispositivo.

"Por ejemplo, como un guante de receptor, puedes usar los pétalos de la flor para atrapar una bola microscópica y sostenerla por un tiempo finito, luego inicie una nueva reacción química en un conjunto diferente de pétalos para que la pelota se mueva entre ellos en un juego de agarre dirigido químicamente, "El Dr. Laskar explicó." Este nivel de control espacial y temporal permite reacciones y análisis por etapas que de otra manera no se podrían realizar con materiales indeformables ".

El grupo también experimentó con la colocación del catalizador en diferentes partes de la hoja para crear movimientos específicos. En un experimento, colocando el catalizador solo en el cuerpo de la hoja, en lugar de la cabeza y la cola, desencadenó un movimiento de rastreo inquietantemente similar al movimiento de un gusano pulg. En otra realización, cuando se colocaron obstáculos delante de la hoja revestida, caería sobre el obstáculo y seguiría moviéndose, lo que le permite atravesar un terreno accidentado.

"Esta investigación nos brinda más información sobre cómo la química puede impulsar la autonomía, Actuación y locomoción espontáneas en dispositivos microfluídicos, ", Dijo el Dr. Balazs." Nuestra próxima tarea es explorar la microfabricación mediante el uso de la interacción y la autoorganización de varias hojas para unirlas en arquitecturas específicas diseñadas para realizar funciones complejas, funciones coordinadas. También, experimentando con diferentes estímulos como el calor y la luz, podemos diseñar dispositivos móviles, Micro-máquinas 3-D que adaptan su forma y acción a los cambios del entorno. Este nivel de comportamiento receptivo es vital para crear la próxima generación de dispositivos robóticos blandos ".