MIT crea fibras musculares de nylon artificiales

Los músculos artificiales son materiales que pueden contraerse y contraerse como las fibras musculares. Se pueden usar en muchos campos: desde componentes de robótica hasta las industrias automotriz y de aviación. Investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts dijeron que habían desarrollado el sistema más simple y barato para crear tales "músculos".

Un componente clave a partir del cual los científicos del MIT fabricaron fibras musculares artificiales es una fibra de nylon económica y generalizada. Un nuevo enfoque para el uso de este material es la formación y el calentamiento de fibras de cierta manera.


Anteriormente, los investigadores desarrollaron el principio de usar espirales retorcidas de hilos de nylon para imitar el trabajo progresivo de los músculos. Demostraron que en un tamaño y peso específicos, tales dispositivos podrían expandirse y contraerse, almacenar y liberar más energía que los músculos naturales. Pero repetir los movimientos de flexión de los dedos y las extremidades de una persona es una tarea más difícil. Según los investigadores del MIT, antes de ellos nadie había podido resolver este problema de manera simple y económica.

Existen materiales que se pueden utilizar para reproducir movimientos de flexión en dispositivos biomédicos o pantallas táctiles. Pero la mayoría de las veces estos materiales son "exóticos" y caros, es difícil producirlos. Por ejemplo, nanotubos de carbono.- material duradero que puede soportar más de un millón de ciclos de compresión, pero sigue siendo demasiado costoso para un uso generalizado. Las aleaciones con memoria de forma proporcionan una fuerte tensión, pero soportan solo 1000 ciclos.

El nuevo sistema utiliza material barato y un proceso de fabricación simple. El nylon puede soportar un número suficiente de ciclos debido al método de formación de fibras de nylon. Algunos materiales hechos de fibras de polímero, incluido el nylon, tienen una propiedad inusual: cuando se calientan, disminuyen en longitud, pero se expanden en diámetro. Algunos científicos han usado esta propiedad para crear dispositivos de accionamiento lineal. Pero para convertir los movimientos de traslación lineales en curvas, se necesitan dispositivos como un bloque mecánico o un tambor de bobinado. Esto agrega complejidad y aumenta los costos. El equipo del MIT iba a usar directamente el poder del movimiento sin piezas mecánicas adicionales.

Los accionamientos lineales hechos de materiales poliméricos tienen un inconveniente importante: el material debe enfriarse para causar contracción. La velocidad de enfriamiento puede ser un factor limitante. Sin embargo, los científicos se dieron cuenta de que este inconveniente podría ser una ventaja. El calentamiento selectivo de un lado de la fibra hace que se contraiga más rápido de lo que el calor llega al lado opuesto. Por lo tanto, el hilo puede desviarse hacia un lado. Según el Dr. Seyed Mirvakili, autor principal del estudio, era necesario lograr una combinación de dos propiedades: alto voltaje (tensión de contracción) y baja conductividad térmica.

Para que este sistema funcione eficazmente como músculos artificiales, las secciones transversales de fibra deben procesarse cuidadosamente. Para cambiar la sección transversal de redonda a rectangular o cuadrada, el equipo pareció "aplanarlos". Luego, los científicos calentaron un lado, lo que provocó que la fibra se doblara. El cambio en la dirección del calentamiento condujo al hecho de que la fibra realizaba movimientos más complejos. En pruebas de laboratorio, el equipo utilizó este método de calentamiento para forzar a las fibras a realizar movimientos circulares y ochos. Según los científicos, las fibras pueden moverse por caminos más complejos.

Como fuente de calor, es adecuado un calentador resistivo eléctrico, una reacción química o un rayo láser que se emite en un hilo. En algunos experimentos, los investigadores aplicaron una pintura eléctricamente conductora especial a las fibras y las mantuvieron en su lugar con resinas adhesivas. Bajo voltaje, solo la parte de la fibra recubierta con pintura se calentó. Cuando se calienta por un lado, la fibra puede desviarse hacia un lado. Si lo calienta desde el lado opuesto, el hilo vuelve a su posición original.

Los estudios han demostrado que el material puede soportar al menos 100 mil ciclos de flexión y puede contraerse y relajarse hasta 17 veces por segundo. Según Jan Hunter, uno de los autores del estudio, estas fibras son adecuadas para la producción de ropa, que se reducirá para adaptarse a los contornos del cuerpo humano. Luego, los fabricantes podrían reducir el rango de tamaño, aumentar la comodidad y simplificar el ajuste. A partir de las fibras de flexión, puede hacer zapatos que se asienten exactamente en el pie, y su rigidez y forma se regularán con cada paso.

El sistema se puede utilizar para la producción de catéteres autoajustables y otros dispositivos biomédicos. A la larga, se pueden crear sistemas mecánicos como paneles externos para automóviles. Los paneles de fibra ajustarán su forma aerodinámica para adaptarse a los cambios de velocidad y viento. O pueden usarse como "sistemas de seguimiento" automáticos para paneles solares. Utilizarían el exceso de calor para controlar la dirección de las baterías hacia el sol.

El trabajo científico fue publicado en la revista Advanced Materials el 23 de noviembre de 2016
DOI: 10.1002 / adma.201604734

Source: https://habr.com/ru/post/es399383/