Durante los últimos 15 años, investigadores de la Universidad de Texas en Dallas y sus colegas internacionales han inventado varios tipos de poderosos músculos artificiales que utilizan materiales que van desde nanotubos de carbono de alta tecnología (CNT) hasta sedal común.

En un nuevo estudio publicado el 12 de julio en la revista Ciencias , los investigadores describen su último avance, llamados músculos artificiales de vaina, o SRAM.

Los músculos anteriores del grupo de investigación se hicieron retorciendo hilo CNT, hilo de pescar de polímero o hilo de coser de nailon. Al retorcer estas fibras hasta el punto de que se enrollan, los investigadores produjeron músculos que se contraen dramáticamente, o accionar, a lo largo de su longitud cuando se calienta y vuelve a su longitud inicial cuando se enfría.

Para formar los nuevos músculos, el equipo de investigación aplicó un recubrimiento de polímero a hilos CNT retorcidos, así como al nailon económico, hilos de seda y bambú, creando una funda alrededor del núcleo del hilo.

"En nuestros nuevos músculos, es la vaina alrededor de un hilo enrollado o retorcido lo que impulsa la actuación y proporciona densidades de potencia y trabajo por ciclo mucho más altas que para nuestros músculos anteriores, "dijo el Dr. Ray Baughman, autor correspondiente del estudio, la Cátedra Distinguida Robert A. Welch en Química y directora del Instituto Alan G. MacDiarmid NanoTech en UT Dallas.

En sus experimentos, Un paso clave para hacer los músculos terminados fue torcer los hilos recién revestidos hasta que se enrollen, mientras el material de la funda todavía estaba húmedo.

"Si inserta girando o enrollando después de que la funda se haya secado, la vaina se agrietará, "Dijo Baughman." Optimizar el grosor de la vaina también es muy importante. Si es demasiado grueso, el hilo retorcido en el centro no podrá desenrollarse porque la funda lo mantiene en su lugar. Si es demasiado delgado, desenroscar el hilo hará que la funda se agriete ".

Dr. Jiuke Mu, autor principal del estudio y científico investigador del NanoTech Institute, desarrolló por primera vez el concepto de músculo artificial de vaina. En la configuración de vaina, la vaina exterior absorbe energía e impulsa la actuación del músculo.

"En nuestros músculos torcidos y enrollados anteriores, aplicamos energía térmica a todo el músculo, pero solo el exterior, parte torcida de la fibra estaba haciendo algún trabajo mecánico; la parte central estaba haciendo poco, "Dijo Mu." Usando la funda, la energía de entrada se puede convertir en energía mecánica del músculo de manera más rápida y eficiente.

"¿Por qué consumir energía calentando todo el hilo, cuando todo lo que necesitas es calentar la parte exterior del hilo para que actúe ", dijo Mu." Con nuestros nuevos músculos, sólo tenemos que poner energía en la vaina ".

Baughman dijo que se podrían usar muchos materiales para la funda, siempre que tengan fuerza y ​​puedan sufrir cambios dimensionales bajo diversas variables ambientales, como cambios de temperatura o humedad.

Cuando se opera electroquímicamente, un músculo que consta de una vaina de CNT y un núcleo de nailon genera una potencia contráctil media que es 40 veces mayor que la del músculo humano y 9 veces la del músculo electroquímico alternativo de mayor potencia.

"En nuestro trabajo anterior, Demostramos que los hilos hechos de nanotubos de carbono son maravillosos músculos artificiales. Estos hilos son ligeros, Sin embargo, son más fuertes y más poderosos que los músculos humanos de la misma longitud y peso, "Dijo Baughman.

"Pero el hilo de nanotubos de carbono es muy caro, así que en este nuevo trabajo, vamos en una dirección diferente, ", dijo." Descubrimos que, si bien podemos usar nanotubos de carbono como material central para músculos artificiales que funcionan con vaina, no tenemos que hacerlo. Demostramos que los hilos CNT se pueden reemplazar por baratos, hilos disponibles comercialmente ".

Añadió que el proceso de recubrimiento de polímeros podría ampliarse fácilmente para la producción comercial.

"Dado que la tecnología SRAM permite la sustitución de hilos CNT por hilos más baratos, estos músculos son muy atractivos para estructuras inteligentes, como robótica y ropa de ajuste cómodo, "Dijo Baughman.

Para demostrar las posibles aplicaciones de los consumidores de músculos artificiales de vaina, los investigadores tejieron SRAM en un tejido que aumentaba la porosidad cuando se exponía a la humedad. También demostraron una SRAM hecha de hilo de nailon recubierto de polímero que se contrae linealmente cuando se expone a una concentración creciente de glucosa. Este músculo se puede usar para apretar una bolsa y liberar medicamentos para contrarrestar los niveles altos de azúcar en sangre.