La madera es la fuente de un mini material muscular robótico para romper ladrillos desarrollado por investigadores en Suecia y Alemania. El material, un hidrogel especialmente desarrollado, puede cambiar de forma, expandirse y contraerse según sea necesario cuando se controla con impulsos electrónicos de menos de 1 voltio.
La robótica es sólo un uso potencial del material, que está fabricado con nanofibras de celulosa (CNF) derivadas de la madera. La tecnología también presenta posibilidades en medicina y producción bioquímica.
Los resultados se informaron en Materiales avanzados. por investigadores del KTH Royal Institute of Technology.
A diferencia de los músculos robóticos que se expanden con el poder del aire o líquido presurizado, estos hidrogeles se hinchan debido al movimiento del agua impulsado por pulsos electroquímicos, dice Tobias Benselfelt, investigador de la División de Tecnología de Fibras del KTH Royal Institute of Technology.
Los componentes clave del material son agua, nanotubos de carbono como conductor y nanofibras de celulosa obtenidas de la pulpa de madera. Aunque el material es un hidrogel, aparece como tiras de plástico cuando se combina con nanofibras de carbono.
La resistencia del material proviene de la orientación de las nanofibras en la misma dirección, al igual que en la veta de la madera. "Los hidrogeles de nanofibras se hinchan uniaxialmente, en un solo eje, generando alta presión", dice Benselfelt. "Una sola pieza de 15 x 15 cm puede levantar un coche de 2 toneladas."
La hinchazón del material se puede controlar electrónicamente añadiendo nanotubos de carbono conductores al hidrogel, lo que crea lo que los investigadores llaman actuadores electroquímicos osmóticos de hidrogel.
El profesor de KTH Max Hamedi, coautor del trabajo, dice que la inspiración para el proyecto provino de la forma en que crecen las plantas.
"Piense en lo fuertes que son las plantas", dice Hamedi. "Los árboles pueden crecer a través del pavimento gracias a las mismas fuerzas que aplicamos nosotros; simplemente controlamos esa fuerza electrónicamente".
Un aspecto interesante de la investigación es que la porosidad del material se puede controlar electrónicamente", dice Benselfelt. La porosidad se puede aumentar hasta en un 400 por ciento, lo que convierte a estos hidrogeles en un material ideal para membranas electroajustables para separar o distribuir moléculas o fármacos in situ.
Esta expansión controlada con precisión es también lo que permite que el material ejerza suficiente fuerza para romper un ladrillo pequeño, que es lo que demostraron los investigadores junto con su estudio. Aunque por ahora, los investigadores prevén que su uso se limite a dispositivos pequeños como válvulas o interruptores en microfluidos. "Actualmente, vienen en láminas delgadas, lo que limita su uso como músculos artificiales para robots más grandes", dice Hamedi.
Mirando hacia el futuro, una posible aplicación de la robótica podría ser la de los robots submarinos. Benselfelt dice que se pueden utilizar a grandes profundidades ya que los hidrogeles no se pueden comprimir con la presión del agua.
"En general, se trata de un paso hacia máquinas blandas y realistas. Sin embargo, esta visión queda muy lejos en el futuro", afirma.
Otro beneficio de la tecnología es que su fabricación es relativamente económica. El equipo continúa optimizando el material, imprimiendo músculos electrónicos en 3D y estudiando cómo ampliarlo para uso comercial.
La investigación se llevó a cabo en el Real Instituto de Tecnología KTH y el Centro de Celulosa Digital, y contó con la participación de colaboradores del Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes, la Universidad de Linköping y la Universidad Técnica de Braunschweig.
Más información: Tobias Benselfelt et al, Hidrogeles controlados electroquímicamente con permeabilidad electroajustable y accionamiento uniaxial, Materiales avanzados (2023). DOI:10.1002/adma.202303255
Información de la revista: Materiales avanzados
Proporcionado por KTH Royal Institute of Technology
