Los nuevos músculos artificiales hechos de hilos de nanotecnología e infundidos con cera de parafina pueden levantar más de 100, 000 veces su propio peso y generan 85 veces más potencia mecánica durante la contracción que un músculo natural del mismo tamaño, según científicos de la Universidad de Texas en Dallas y su equipo internacional de Australia, Porcelana, Corea del Sur, Canadá y Brasil.

Los músculos artificiales son hilos construidos a partir de nanotubos de carbono, que son perfectos, cilindros huecos hechos del mismo tipo de capas de grafito que se encuentran en el núcleo de los lápices ordinarios. Los nanotubos individuales pueden ser 10, 000 veces más pequeño que el diámetro de un cabello humano, todavía, libra por libra, puede ser 100 veces más resistente que el acero.

"Los músculos artificiales que hemos desarrollado pueden proporcionar grandes contracciones ultrarrápidas para levantar pesos que son 200 veces más pesados ​​de lo que es posible para un músculo natural del mismo tamaño, "dijo el Dr. Ray Baughman [pronunciado BAK-man], Capitan del equipo, Robert A. Welch Profesor de Química y director del Instituto Alan G. MacDiarmid NanoTech en UT Dallas. "Si bien estamos entusiasmados con las posibilidades de aplicaciones a corto plazo, estos músculos artificiales son actualmente inadecuados para reemplazar directamente los músculos del cuerpo humano ".

Descrito en un estudio publicado hoy en línea en la revista Ciencias , los nuevos músculos artificiales se crean infiltrando a un huésped que cambia de volumen, "como la cera de parafina que se utiliza para las velas, en hilo retorcido hecho de nanotubos de carbono. Calentar el hilo relleno de cera, ya sea eléctricamente o con un destello de luz, hace que la cera se expanda, el volumen del hilo para aumentar, y la longitud del hilo a contraer.

La combinación del aumento del volumen del hilo con la disminución de la longitud del hilo resulta de la estructura helicoidal producida al retorcer el hilo. Un muñeco de mano para niños, que está diseñado para atrapar los dedos de una persona en ambos extremos de un cilindro tejido helicoidalmente, tiene una acción análoga. Escapar, hay que juntar los dedos, que contrae la longitud del tubo y expande su volumen y diámetro.

"Debido a su simplicidad y alto rendimiento, Estos músculos del hilo podrían usarse para aplicaciones tan diversas como robots, catéteres para cirugía mínimamente invasiva, micromotores, mezcladores para circuitos microfluídicos, sistemas ópticos sintonizables, microválvulas, posicionadores e incluso juguetes, "Dijo Baughman.

La contracción muscular, también llamada actuación, puede ser ultrarrápida, ocurriendo en 25 milésimas de segundo. Incluidos los tiempos para la activación y la inversión de la activación, los investigadores demostraron una densidad de potencia contráctil de 4,2 kW / kg, que es cuatro veces la relación potencia-peso de los motores de combustión interna comunes.

Para lograr estos resultados, los músculos de nanotubos de carbono llenos de invitados estaban muy torcidos para producir enrollamiento, como con el enrollamiento visto de una banda elástica de un modelo de avión impulsado por bandas elásticas.

Cuando es libre de rotar, un hilo relleno de cera se desenrolla cuando se calienta eléctricamente o mediante un pulso de luz. Esta rotación se invierte cuando se detiene el calentamiento y el hilo se enfría. Tal acción de torsión del hilo puede hacer girar una paleta adjunta a una velocidad promedio de 11, 500 revoluciones por minuto durante más de 2 millones de ciclos reversibles. Libra por libra, el par generado es ligeramente superior al obtenido para grandes motores eléctricos, Dijo Baughman.

Debido a que los músculos del hilo se pueden retorcer juntos y se pueden tejer, cosido trenzado y anudado, eventualmente podrían implementarse en una variedad de materiales y textiles inteligentes autoalimentados. Por ejemplo, los cambios en la temperatura ambiental o la presencia de agentes químicos pueden cambiar el volumen de huéspedes; tal actuación podría cambiar la porosidad textil para proporcionar comodidad térmica o protección química. Estos músculos del hilo también podrían usarse para regular una válvula de flujo en respuesta a los productos químicos detectados. o ajustar la apertura de la persiana de la ventana en respuesta a la temperatura ambiente.

Incluso sin la adición de un material invitado, los coautores descubrieron que la introducción de bobinado en el hilo de nanotubos aumenta diez veces el coeficiente de expansión térmica del hilo. Este coeficiente de expansión térmica es negativo, lo que significa que el hilo sin relleno se contrae a medida que se calienta. Calentar el hilo en atmósfera inerte desde temperatura ambiente hasta aproximadamente 2ºC, 500 grados Celsius proporcionaron más del 7 por ciento de contracción al levantar cargas pesadas, lo que indica que estos músculos pueden desplegarse a temperaturas de 1000 C por encima del punto de fusión del acero, donde ningún otro actuador de alta capacidad de trabajo puede sobrevivir.

"Esta expansión térmica muy amplificada de los hilos enrollados indica que se pueden utilizar como materiales inteligentes para la regulación de la temperatura entre 50 C bajo cero y 2, 500 C, "dijo el Dr. Márcio Lima, un investigador asociado en el Instituto NanoTech en UT Dallas que fue coautor principal del Ciencias documento con la estudiante de posgrado Na Li de la Universidad de Nankai y el Instituto NanoTech.

"El notable rendimiento de nuestro músculo de hilo y nuestra capacidad actual para fabricar hilos de un kilómetro de longitud sugieren la viabilidad de una comercialización temprana como pequeños actuadores que comprenden una longitud de hilo de una escala de centímetros, ", Dijo Baughman." El desafío más difícil es aumentar la escala de nuestros actuadores de un solo hilo a actuadores grandes en los que cientos o miles de músculos de hilo individuales operan en paralelo ".