En un nuevo estudio dirigido por el profesor del Instituto Maurizio Porfiri en NYU Tandon, los investigadores mostraron un principio novedoso de actuación:transformar la energía eléctrica en movimiento. Este mecanismo de actuación se basa en la solvatación, la interacción entre las moléculas de soluto y disolvente en una solución. Este fenómeno es particularmente importante en el agua, como sus moléculas son polares:el oxígeno atrae a los electrones más que al hidrógeno, de modo que el oxígeno tiene una carga ligeramente negativa y el hidrógeno una ligeramente positiva. Por lo tanto, las moléculas de agua son atraídas por iones cargados en solución, formando conchas a su alrededor. Este fenómeno microscópico juega un papel crítico en las propiedades de las soluciones y en procesos biológicos esenciales como el plegamiento de proteínas, pero antes de este estudio no había evidencia de posibles consecuencias mecánicas macroscópicas de la solvatación.

El grupo de investigadores, que también incluía a Alain Boldini, un doctorado candidato en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de NYU Tandon, y el Dr. Youngsu Cha del Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea, propuso que la solvatación podría aprovecharse para producir deformaciones macroscópicas en los materiales. Para tal fin, Porfiri y su grupo utilizaron membranas de ionómero, materiales poliméricos únicos en los que las cargas negativas no se pueden mover. Los iones positivos pueden entrar fácilmente en estas membranas, mientras que los iones negativos son rechazados por ellos. Para demostrar la actuación, Las membranas de ionómero se sumergieron en una solución de agua y sal, entre dos electrodos. La aplicación de voltaje a través de los electrodos hizo que la membrana se doblara. El papel, "Actuación electroquímica impulsada por solvatación, "se publica en la revista American Physical Society Cartas de revisión física .

Según el modelo desarrollado por Porfiri y su grupo, el voltaje provocó una corriente de iones positivos hacia el electrodo negativo. Estos iones entraron en la membrana por un lado, junto con las moléculas de agua en sus capas de solvatación. Al otro lado de la membrana, iones positivos y sus caparazones de solvatación fueron arrastrados al exterior. La membrana respondió como una esponja:el lado lleno de agua se expandió, mientras que el lado con menos agua se encogió. Esta hinchazón diferencial produjo la flexión macroscópica de la membrana. Estudiar la actuación con diferentes iones ayuda a comprender este fenómeno, ya que diferentes iones atraen un número diferente de moléculas de agua a su alrededor.

El descubrimiento de las consecuencias mecánicas macroscópicas de la solvatación allana el camino para más investigaciones sobre membranas. El grupo espera aplicaciones en el campo de las células electroquímicas (baterías, celdas de combustible, y electrolizadores), que a menudo dependen de las membranas utilizadas en este estudio. Estas membranas también comparten similitudes con las membranas naturales, como las membranas celulares, sobre el que se desconocen en gran medida los efectos mecánicos de la solvatación.