Dispositivos mecatrónicos modernos, desde maquinaria industrial hasta robots, han visto un aumento drástico en complejidad y complejidad. Con funcionalidades sofisticadas que se desbloquean con cada día que pasa, Ha habido un aumento inevitable en el número de componentes que necesitan los dispositivos. Y aunque estos avances son indudablemente impresionantes, el gran volumen y la gran cantidad de componentes son un obstáculo importante para la "miniaturización" y la rentabilidad de estos dispositivos.

Pero que si, en lugar de utilizar varios componentes voluminosos, encontramos una forma más inteligente de construirlos? Esto es lo que los científicos incluido el profesor Shingo Maeda, Dr. Zebing Mao (Laboratorio de materiales inteligentes, Shibaura Institute of Technology) y Dr. Vito Caccuciolo (Laboratorio de Transductores Blandos, Instituto de Microingeniería, École Polytechnique Fédérale de Lausanne), he trabajado en, en un estudio reciente publicado en Informes científicos . Los científicos exploraron la posibilidad de varios componentes de un dispositivo electromecánico, como la fuente de alimentación, actuadores, y sistema de control, que se reduce a una sola pieza de hidrogel. Al hacer esto, lograron crear una bomba de microfluidos autoactivada impulsada solo por una reacción química oscilatoria, que produjo con éxito "aceite presurizado" (que representa el trabajo mecánico). Prof. Maeda, quien dirigió el estudio, dice, "Proponemos un método novedoso para realizar una función de bombeo simple utilizando un hidrogel auto-oscilante de un solo componente y una membrana".

En su estudio, los científicos se centraron en un tipo único de reacción química oscilatoria que pertenece a la clase de reacciones Belousov-Zhabotinsky (BZ). Convencionalmente una reacción química involucra un reactivo que da lugar a que un producto alcance un estado de equilibrio. Pero, Reacciones BZ, que involucran bromo y un agente oxidante, producir un sistema que nunca alcanza el equilibrio químico; en lugar de, va y viene entre varios estados. Previamente, Los investigadores habían observado que los hidrogeles y otros polímeros que albergan una reacción BZ (denominados geles BZ) eran capaces de un movimiento autónomo porque la reacción provocaba cambios estructurales leves y periódicos. mostrando así un gran potencial en aplicaciones mecatrónicas. Pero, su uso práctico ha sido un desafío hasta ahora. El profesor Maeda explica:"Los geles BZ informados anteriormente mostraron un desplazamiento muy pequeño y solo se probaron mientras estaban sumergidos dentro de baños químicos, lo que claramente limita sus aplicaciones potenciales ".

En este nuevo estudio, los científicos superaron este obstáculo utilizando un nuevo enfoque, que es mucho más prometedor gracias a una implementación innovadora. El profesor Maeda explica su metodología, "Primero, producimos geles BZ y los preestiramos, lo que aumenta el trabajo mecánico que se puede extraer en cada ciclo BZ. Luego, todo el gel y la solución química que lo rodea están completamente encapsulados. Finalmente, el trabajo mecánico producido por la hinchazón y contracción del gel se transfiere a un aceite externo a través de la deformación de una membrana estirable. "El resultado de esto es una bomba autoactivada únicamente impulsada por la reacción oscilante que puede mover los fluidos hacia adelante y hacia atrás. como un "corazón" artificial para las máquinas y producen trabajo mecánico en forma de aceite presurizado. Los científicos probaron el enfoque tanto de manera virtual como experimental, mostrando que el concepto propuesto tiene potencial.

Este estudio arroja luz sobre los mecanismos físicos fundamentales de los geles BZ e indica una forma de mejorar su rendimiento mecánico. Es un paso importante para cerrar la brecha tecnológica que existe para convertir la energía química oscilante en energía mecánica para alimentar dispositivos útiles. Algunos ejemplos notables de aplicaciones factibles a largo plazo de bombas fabricadas con geles BZ se encuentran en el campo de los microfluidos, incluidos los sistemas de administración de fármacos, Microarrays de ADN para investigación biomédica, y muchas otras herramientas biotecnológicas y nanotecnológicas. La bomba autoactivada propuesta por los científicos podría actuar como una fuente de energía de un solo componente en sistemas microfluídicos, simplificando así su diseño, reduciendo su costo, y ampliando su aplicabilidad.

El equipo de investigación es optimista acerca de llevar su trabajo al siguiente nivel en el futuro, lo que supondrá la optimización de su diseño mediante métodos químicos y mecánicos. Esto será clave para generar un cambio de paradigma en el diseño de dispositivos electromecánicos dando un giro más bioinspirado. A este respecto, El profesor Maeda concluye:"Las bombas autoactuables auguran romper el muro de complejidad que enfrentan ciertos sistemas robóticos con un número cada vez mayor de funciones, permitiendo el desarrollo de máquinas multifuncionales verdaderamente inteligentes ".