Si miras las hojas de una planta el tiempo suficiente, puede verlos cambiar y girar hacia la luz del sol durante el día. Sucede lentamente pero seguro.

Algunos materiales artificiales pueden imitar esta reacción lenta pero constante a la energía de la luz, generalmente desencadenado por láseres o luz ambiental enfocada. Una nueva investigación de la Universidad de Pittsburgh y la Universidad Carnegie Mellon ha descubierto una forma de acelerar este efecto lo suficiente como para que su rendimiento pueda competir con los sistemas eléctricos y neumáticos.

"Queríamos crear máquinas donde la luz sea la única fuente de energía y dirección, "explicó M. Ravi Shankar, profesor de ingeniería industrial y autor principal del artículo. "El desafío es que, si bien podríamos obtener algo de movimiento y actuación con polímeros impulsados ​​por la luz, fue una respuesta demasiado lenta para ser práctica ".

Cuando la hoja de polímero es plana, la luz lo anima lentamente, curvarse o rizarse con el tiempo. Los investigadores encontraron que al formar el polímero en una forma curva, como una concha, la acción de flexión ocurrió mucho más rápidamente y generó más torque.

"Si quieres mover algo, como accionar un interruptor o mover una palanca, necesitas algo que reaccione rápidamente y con suficiente potencia, "dijo Shankar, quien tiene un cargo secundario en ingeniería mecánica y ciencia de materiales. "Descubrimos que al aplicar una restricción mecánica al material confinándolo en los bordes, e incrustando arreglos de moléculas cuidadosamente pensados, podemos convertir una respuesta lenta en algo más impulsivo ".

Los investigadores utilizaron una película de polímero cristalino líquido (ALCP) funcionalizado con azobenceno fotosensible que tiene 50 micrómetros de espesor y varios milímetros de ancho y largo. Se creó una geometría similar a una concha confinando este material a lo largo de sus bordes para crear una curva. Al iluminar esta geometría, la cáscara se pliega en un pliegue que se nuclea espontáneamente. Este plegado se produce en decenas de milisegundos y genera densidades de par de hasta 10 newton-metros por kilogramo (10 Nm / kg). La respuesta impulsada por la luz se magnifica en aproximadamente tres órdenes de magnitud en comparación con el material que era plano.

"Los resultados del proyecto son muy interesantes porque significa que podemos crear actuadores alimentados por luz que sean competitivos con los actuadores eléctricos, "dijo Kaushik Dayal, coautor y profesor de ingeniería civil y ambiental en CMU.

"Nuestro enfoque para aumentar el rendimiento de los polímeros impulsados ​​por luz podría reinventar el diseño de robots blandos totalmente libres con numerosas aplicaciones tecnológicas, "añadió el autor principal e investigador postdoctoral en CMU Mahnoush Babaei.