Investigadores y clínicos de la Universidad Queen Mary, en Londres, han desarrollado un innovador músculo artificial eléctrico de rigidez variable que tiene capacidad de autodetección. Esta tecnología revoluciona la robótica blanda y sus posibles aplicaciones biomédicas.
Es bien sabido que el endurecimiento de la contracción muscular no sólo es esencial para mejorar la fuerza, sino que también permite reacciones rápidas en los organismos vivos.
Inspirándose en la naturaleza, un equipo de investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencia de los Materiales de ese campus británico, ha creado con éxito un músculo artificial que cambia sin problemas entre estados blandos y duros al mismo tiempo y aseguran que tiene la capacidad de detectar fuerzas y deformaciones. Los detalles de esta innovación se encuentran en un estudio que difunde Advanced Intelligent Systems.
Consta de dos piezas de malla de ánodo suave, un cátodo flexible y una capa dieléctrica de gel de cloruro de polivinilo (PVC), donde el cátodo es también un sensor resistivo. La variación de rigidez es inducida por el cambio de fricción causado por la adsorción electrostática. En comparación con la tecnología de activación de gel de PVC existente, el nuevo diseño integró las capas dieléctrica y catódica y combinó la función de detección.
El profesor Ketao Zhang, investigador principal del estudio, explica la importancia de la tecnología de rigidez variable en actuadores similares a músculos artificiales. “Empoderar a los robots, especialmente aquellos hechos de materiales flexibles, con capacidades de autodetección, es un paso fundamental hacia la verdadera inteligencia biónica”, destaca.
Músculo artificial con autodetección
Este músculo artificial tiene una flexibilidad y capacidad de estiramiento similar a las del músculo natural, lo que lo hace ideal para la integración en sistemas robóticos blandos intrincados y la adaptación a diversas formas geométricas.
Entre otras cualidades, tiene la capacidad de soportar más del 200 % de estiramiento a lo largo de la dirección longitudinal. Así, al aplicar diferentes voltajes, el músculo artificial puede ajustar rápidamente su rigidez, logrando una modulación continua con un cambio de rigidez superior a 30 veces.
Su naturaleza activada por impulsos eléctricos proporciona una ventaja significativa en términos de velocidad de respuesta sobre otros tipos de músculos artificiales. Además, esta novedosa tecnología puede monitorear su deformación a través de cambios de resistencia, eliminando la necesidad de arreglos de sensores adicionales y simplificando los mecanismos de control, al tiempo que reduce los costes.
Sus creadores aseguran que el proceso de fabricación de este músculo artificial con autodetección es simple. Los nanotubos de carbono se mezclan con silicona líquida, usando tecnología de dispersión ultrasónica y se recubren uniformemente con un aplicador de película para crear el cátodo de capa delgada, que también sirve como parte sensora del músculo artificial.
El ánodo se fabrica directamente con un corte de malla de metal blando y la capa de actuación se intercala entre el cátodo y el ánodo. De esta manera, se forma un completo músculo artificial de rigidez variable con autodetección.
Integración hombre-máquina
Las aplicaciones potenciales de esta tecnología son muy amplias y van desde la robótica blanda hasta las aplicaciones en el campo de la biomedicina.
La perfecta integración con el cuerpo humano abre posibilidades para ayudar a personas con discapacidades para realizar tareas diarias esenciales. Al integrar el músculo artificial con autodetección, los dispositivos robóticos portátiles pueden monitorear las actividades de un paciente y proporcionar resistencia al ajustar los niveles de rigidez.
Siempre según estos científicos, así facilita la restauración de la función muscular durante el entrenamiento de rehabilitación. “Aunque todavía hay desafíos que abordar antes de que estos robots médicos puedan implementarse en entornos clínicos, esta investigación representa un paso crucial hacia la integración hombre-máquina. Además, proporciona un modelo para el desarrollo futuro de robots blandos y portátiles”, opina el profesor Zhang.
Una de las conclusiones de este estudio hace hincapié en que “la función integrada de detección y actuación proporciona una solución prometedora para simplificar el diseño y el control de los robots blandos de las formas tradicionales que utilizan sensores y actuadores separados. El trabajo futuro explorará mejores combinaciones de la capa de gel de PVC y la capa CNT-Ecoflex, para mejorar aún más el rendimiento de detección”.
“Además, la baja potencia de salida (aunque el voltaje es de varios cientos de voltios, la corriente es de sólo unos pocos microamperios) garantiza un uso seguro”, concluye este trabajo.
Biotech magazine & news
Información compartida por la página de divulgación biotecnológica
Biotech Magazine & News. dirigida por José María Fernández-Rúa con la misma honestidad y rigor que ha caracterizado su andadura en papel desde la fundación de Biotech Magazine en 2006.
Expertos abordan los últimos avances en biotecnología, en sus diferentes colores: amarillo (Tecnología Alimentaria y Nutrición), azul (Acuicultura y Biotecnología Marina), blanco (Organismos modificados genéticamente), rojo (Biomedicina), verde (Biocombustibles, Agricultura y Biotecnología Ambiental) y violeta (Patentes e Invenciones). Biotech Magazine & News, editada por Cariotipo MH5, recoge noticias, entrevistas a líderes de I+D+I y artículos de opinión..
Si (
No(
