En los últimos 15 años, los investigadores de la Universidad de Texas en Dallas y sus colegas internacionales han inventado varios tipos de músculos artificiales fuertes y poderosos utilizando materiales que van desde nanotubos de carbono CNT de alta tecnología hasta líneas de pesca ordinarias.
En un nuevo estudio publicado el 12 de julio en la revista ciencia , los investigadores describen su último avance, llamado músculos artificiales corridos por la vaina, o SRAM.
Los músculos anteriores del grupo de investigación se formaron retorciendo hilo CNT, hilo de pescar de polímero o hilo de coser de nylon. Al retorcer estas fibras hasta el punto de enrollarse, los investigadores produjeron músculos que se contraen o actúan dramáticamente a lo largo de su longitud cuando se calientan yvuelva a su longitud inicial cuando se enfríe.
Para formar los nuevos músculos, el equipo de investigación aplicó un recubrimiento de polímero a hilos CNT retorcidos, así como a hilos de nylon, seda y bambú de bajo costo, creando una envoltura alrededor del núcleo del hilo.
"En nuestros nuevos músculos, es la vaina alrededor de un hilo enrollado o retorcido que impulsa la actuación y proporciona mucho más trabajo por ciclo y densidades de potencia que para nuestros músculos anteriores", dijo el Dr. Ray Baughman, autor correspondiente delestudio, la distinguida Cátedra Robert A. Welch de Química y directora del Instituto Alan G. MacDiarmid NanoTech en UT Dallas.
En sus experimentos, un paso clave para hacer que los músculos terminados fueran retorcer los hilos recién recubiertos hasta que se enrollen, mientras el material de la funda todavía estaba húmedo.
"Si inserta la torsión o el enrollamiento después de que la funda se haya secado, la funda se romperá", dijo Baughman. "Optimizar el grosor de la funda también es muy importante. Si es demasiado grueso, el hilo retorcido en el núcleo ganó 'no podrá desenroscarse porque la funda la mantiene en su lugar. Si es demasiado delgada, el desenrollado del hilo hará que la funda se agriete ".
El Dr. Jiuke Mu, autor principal del estudio y científico investigador del Instituto NanoTech, desarrolló por primera vez el concepto del músculo artificial corrido por la vaina. En la configuración corrida por la vaina, la vaina exterior absorbe energía e impulsa la actuación deel músculo.
"En nuestros músculos anteriores retorcidos y enrollados, aplicamos energía térmica a todo el músculo, pero solo la parte externa y retorcida de la fibra estaba haciendo algún trabajo mecánico; la parte central estaba haciendo poco", dijo Mu ".la vaina, la energía de entrada se puede convertir en la energía mecánica del músculo de manera más rápida y eficiente.
"¿Por qué consumir energía calentando todo el hilo, cuando todo lo que necesita es calentar la parte externa del hilo para que se active?", Dijo Mu. "Con nuestros nuevos músculos, solo tenemos que poner energía en la vaina."
Baughman dijo que muchos materiales podrían usarse para la vaina, siempre que tengan resistencia y puedan sufrir cambios dimensionales bajo diversas variables ambientales, como cambios de temperatura o humedad.
Cuando se opera electroquímicamente, un músculo que consiste en una vaina de CNT y un núcleo de nylon genera una potencia contráctil promedio que es 40 veces la del músculo humano y 9 veces la del músculo electroquímico alternativo de mayor potencia.
"En nuestro trabajo anterior, demostramos que los hilos hechos de nanotubos de carbono producen músculos artificiales maravillosos. Estos hilos son livianos, pero más fuertes y potentes que los músculos humanos de la misma longitud y peso", dijo Baughman.
"Pero el hilo de nanotubos de carbono es muy costoso, por lo que en este nuevo trabajo, vamos en una dirección diferente", dijo. "Descubrimos que si bien podemos usar nanotubos de carbono como material central para los músculos artificiales que funcionan con la vaina", no tenemos que hacerlo. Demostramos que los hilos CNT pueden reemplazarse por hilos económicos y disponibles comercialmente ".
Agregó que el proceso de recubrimiento de polímeros podría ampliarse fácilmente para la producción comercial.
"Dado que la tecnología SRAM permite el reemplazo de hilos CNT con hilos más baratos, estos músculos son muy atractivos para estructuras inteligentes, como la robótica y la ropa que ajusta la comodidad", dijo Baughman.
Para demostrar las posibles aplicaciones del consumidor de los músculos artificiales corridos por la vaina, los investigadores tejieron SRAM en un tejido que aumenta la porosidad cuando se exponen a la humedad. También demostraron un SRAM hecho de hilo de nylon recubierto de polímero que se contrae linealmente cuando se expone a una concentración de glucosa crecienteEste músculo podría usarse para apretar una bolsa para liberar medicamentos para contrarrestar el nivel alto de azúcar en la sangre.
Los inventores han solicitado una patente provisional de EE. UU. Sobre la tecnología.
Además de Baughman y Mu, los investigadores del Instituto UT Dallas NanoTech involucrados en el trabajo incluyen a la Dra. Monica Jung de Andrade, científica investigadora; la Dra. Shaoli Fang, profesora asociada de investigación; y la Dra. Shi Hyeong Kim, investigadora postdoctoral. También participaronfueron Hyun Kim, estudiante de doctorado en bioingeniería; el Dr. Taylor Ware, profesor asistente de bioingeniería; y el Dr. Dong Qian y el Dr. Hongbing Lu, profesores de ingeniería mecánica.
Los autores del estudio también incluyen investigadores de la Georgia Southern University; la Universidad de Wollongong en Australia; la Universidad de Donghua y la Universidad de Wuhan en China; la Universidad de Hanyang en Corea del Sur; y la compañía de biociencia MilliporeSigma.
La investigación fue financiada por varias fuentes: Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea, Oficina de Investigación Naval, Fundación Nacional de Ciencia, Fundación Robert A. Welch, Consejo de Investigación Australiano, Fundación Nacional de Investigación de Corea y la Comisión de Ciencia y Tecnología de ShanghaiMunicipio.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Texas en Dallas . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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