Investigadores de la Universidad de Houston informan sobre un gran avance en el campo de la ciencia y la ingeniería de materiales con el desarrollo de un actuador electroquímico que utiliza nanotubos semiconductores orgánicos especializados (OSNT).

Actualmente en las primeras etapas de desarrollo, el actuador se convertirá en una parte clave de la investigación que contribuirá al futuro de la robótica, ciencia bioelectrónica y biomédica.

"Los dispositivos electroquímicos que transforman la energía eléctrica en energía mecánica tienen un uso potencial en numerosas aplicaciones, que van desde la robótica suave y las microbombas hasta las microlentes de enfoque automático y la bioelectrónica, "dijo Mohammad Reza Abidian, profesor asociado de ingeniería biomédica en la Facultad de Ingeniería de UH Cullen. Es el autor correspondiente del artículo "Nanotubos semiconductores orgánicos para dispositivos electroquímicos, "publicado en la revista Materiales funcionales avanzados, que detalla el descubrimiento.

El movimiento significativo (que los científicos definen como actuación y miden como tensión de deformación) y el tiempo de respuesta rápido han sido objetivos esquivos. especialmente para dispositivos de accionamiento electroquímico que operan en líquido. Esto se debe a que la fuerza de arrastre de un líquido restringe el movimiento de un actuador y limita el transporte y la acumulación de iones en los materiales y estructuras de los electrodos. En el laboratorio de Abidian, él y su equipo refinaron los métodos de trabajar alrededor de esos dos obstáculos.

"Nuestro dispositivo electroquímico de nanotubos semiconductores orgánicos exhibe un alto rendimiento de actuación con un rápido transporte y acumulación de iones y una dinámica sintonizable en electrolitos líquidos y de gel-polímero. Este dispositivo demuestra un excelente rendimiento, incluyendo bajo consumo / tensión de energía, una gran deformación, respuesta rápida y excelente estabilidad de actuación, "Dijo Abidian.

Esta destacada actuación, él explicó, proviene de la enorme superficie efectiva de la estructura nanotubular. El área más grande facilita el transporte y la acumulación de iones, lo que da como resultado una alta electroactividad y durabilidad.

"El bajo consumo de energía / valores de deformación para este actuador OSNT, incluso cuando opera en electrolito líquido, marcan una profunda mejora con respecto a los actuadores electroquímicos reportados anteriormente que operan en líquido y aire, ", Dijo Abidian." Evaluamos la estabilidad a largo plazo. Este actuador de nanotubos semiconductores orgánicos exhibió una estabilidad superior a largo plazo en comparación con los actuadores basados ​​en polímeros conjugados reportados anteriormente que operan en un electrolito líquido ".

Junto a Abidian en el proyecto estaban Mohammadjavad Eslamian, Fereshtehsadat Mirab, Vijay Krishna Raghunathan y Sheereen Majd, todos del Departamento de Ingeniería Biomédica de la Facultad de Ingeniería de UH Cullen.

Los semiconductores orgánicos utilizados, llamados polímeros conjugados, fueron descubiertos en la década de 1970 por tres científicos:Alan J. Heeger, Alan MacDiarmid y Hideki Shirakawa, quienes ganaron un premio Nobel en 2000 por el descubrimiento y desarrollo de polímeros conjugados.

Para que un nuevo tipo de actuador eclipse el status quo, el producto final debe demostrar no solo ser altamente efectivo (en este caso, tanto en electrolito de polímero líquido como en gel), pero también que puede durar.

"Para demostrar aplicaciones potenciales, diseñamos y desarrollamos una sonda neural móvil a escala micrométrica que se basa en microactuadores OSNT. Esta microsonda potencialmente se puede implantar en el cerebro, donde las grabaciones de señales neuronales que se ven afectadas negativamente, por tejido dañado o desplazamiento de neuronas, puede mejorarse ajustando la posición de los microcantilevers móviles, "dijo Abidian.

El siguiente paso es la experimentación con animales, que se llevará a cabo próximamente en la Universidad de Columbia. Se esperan los primeros resultados para finales de 2021, con pruebas a más largo plazo a seguir.

"Teniendo en cuenta los logros obtenidos hasta ahora, anticipamos que estos nuevos dispositivos electroquímicos basados ​​en OSNT ayudarán a avanzar en la próxima generación de robótica suave, músculos artificiales, dispositivos bioelectrónicos y biomédicos, "Dijo Abidian.