Los investigadores de la Universidad de Texas han creado poderosos músculos artificiales a partir de hilo de pescar y de coser. Fuente: Universidad de Texas.
Investigadores del Instituto de Nanotecnología de la Universidad de Texas (UT, en EE.UU.), en colaboración con científicos de instituciones de Australia, Canadá, Corea del Sur, China y Turquía, han descubierto que el hilo de pescar y de coser puede convertirse en potentes músculos artificiales.
Según un estudio, publicado esta semana en Science, estos nuevos músculos pueden levantar cien veces más peso y generar cien veces más poder mecánico que los músculos humanos. Por peso, pueden generar 7,1 caballos de fuerza por kilogramo, aproximadamente la misma potencia mecánica que un motor a reacción.
En el trabajo, los investigadores explican que estos músculos se producen retorciendo y enrollando hilo común de pescar y de coser. Los músculos son accionados térmicamente por cambios de temperatura, que se producen eléctricamente, por absorción de la luz o por la reacción química de combustibles.
“Retorciendo la fibra de polímero se convierte en un músculo de torsión que puede girar un rotor pesado a más de 10.000 revoluciones por minuto. Una torsión adicional ulterior provoca que la fibra de polímero se comporte como una banda de goma muy retorcida y produzca un músculo que se contrae de manera espectacular a lo largo de su longitud cuando se calienta, y vuelve a su longitud inicial cuando se enfría. Por el contrario, si se enrolla en una dirección diferente a la del giro inicial, los músculos se expanden cuando se calientan”, indica Ray Baughman, director del Instituto de Nanotecnología de la UT y uno de los autores del trabajo, según informa Sinc.
Ray Baughman explica que, en comparación con los músculos naturales, que se contraen sólo un 20%, estos músculos artificiales pueden hacerlo aproximadamente un 50% de su longitud.
Prótesis y robots humanoides
“Las aplicaciones de estos músculos de polímero son muy amplias, entre ellas el desarrollo de prótesis artificiales, robots humanoides y exoesqueletos portables. Hasta ahora han estado limitados por la necesidad de uso de motores y sistemas hidráulicos, cuyo tamaño y peso restringen su destreza en la generación de la fuerza y capacidad de trabajo”, subraya el investigador.
En su opinión, los músculos de polímero se podrían utilizar para aplicaciones de robótica en las que se necesita una fuerza sobrehumana. “Retorciendo juntos varios hilos de pesca de polietileno, cuyo diámetro total es de sólo alrededor de 10 veces más grande que un cabello humano, se produce un músculo polimérico enrollado que puede levantar 16 libras. Operado en paralelo, de forma similar a la forma en la que se configuran los músculos naturales, un centenar de los artificiales podrían levantar alrededor de 0,8 toneladas”, señala.
Según un estudio, publicado esta semana en Science, estos nuevos músculos pueden levantar cien veces más peso y generar cien veces más poder mecánico que los músculos humanos. Por peso, pueden generar 7,1 caballos de fuerza por kilogramo, aproximadamente la misma potencia mecánica que un motor a reacción.
En el trabajo, los investigadores explican que estos músculos se producen retorciendo y enrollando hilo común de pescar y de coser. Los músculos son accionados térmicamente por cambios de temperatura, que se producen eléctricamente, por absorción de la luz o por la reacción química de combustibles.
“Retorciendo la fibra de polímero se convierte en un músculo de torsión que puede girar un rotor pesado a más de 10.000 revoluciones por minuto. Una torsión adicional ulterior provoca que la fibra de polímero se comporte como una banda de goma muy retorcida y produzca un músculo que se contrae de manera espectacular a lo largo de su longitud cuando se calienta, y vuelve a su longitud inicial cuando se enfría. Por el contrario, si se enrolla en una dirección diferente a la del giro inicial, los músculos se expanden cuando se calientan”, indica Ray Baughman, director del Instituto de Nanotecnología de la UT y uno de los autores del trabajo, según informa Sinc.
Ray Baughman explica que, en comparación con los músculos naturales, que se contraen sólo un 20%, estos músculos artificiales pueden hacerlo aproximadamente un 50% de su longitud.
Prótesis y robots humanoides
“Las aplicaciones de estos músculos de polímero son muy amplias, entre ellas el desarrollo de prótesis artificiales, robots humanoides y exoesqueletos portables. Hasta ahora han estado limitados por la necesidad de uso de motores y sistemas hidráulicos, cuyo tamaño y peso restringen su destreza en la generación de la fuerza y capacidad de trabajo”, subraya el investigador.
En su opinión, los músculos de polímero se podrían utilizar para aplicaciones de robótica en las que se necesita una fuerza sobrehumana. “Retorciendo juntos varios hilos de pesca de polietileno, cuyo diámetro total es de sólo alrededor de 10 veces más grande que un cabello humano, se produce un músculo polimérico enrollado que puede levantar 16 libras. Operado en paralelo, de forma similar a la forma en la que se configuran los músculos naturales, un centenar de los artificiales podrían levantar alrededor de 0,8 toneladas”, señala.
Microcirugía robótica
Pero estos órganos artificiales también podrían realizar tareas más delicadas. “Músculos de polímeros enrollados operados de manera independiente, con un diámetro menor que un cabello humano, podrían aplicarse para producir expresiones faciales realistas en los robots humanoides. También podrían aplicarse en microcirugía robótica mínimamente invasiva o en dispositivos para comunicar el sentido del tacto desde sensores en una mano robótica a una mano humana”, destaca el estudio.
Los músculos de polímero están alimentados normalmente por electricidad producida mediante calentamiento resistivo usando el recubrimiento de metal sobre el hilo de coser o utilizando alambres de metal retorcidos junto con el músculo. Para otras aplicaciones, “los músculos pueden ser autoimpulsados por los cambios de temperatura del medio ambiente”, dice Carter Haines, el autor principal del estudio, que realiza su doctorado con el profesor Baughman.
Además, Haines señala que el equipo de la Universidad de Texas ha creado tejidos textiles con los músculos de polímeros, cuyos poros se abren y cierran de forma reversible con los cambios en la temperatura. También se podrían usar para abrir y cerrar ventanas de edificios e invernaderos en función de los cambios meteorológicos.
Pero estos órganos artificiales también podrían realizar tareas más delicadas. “Músculos de polímeros enrollados operados de manera independiente, con un diámetro menor que un cabello humano, podrían aplicarse para producir expresiones faciales realistas en los robots humanoides. También podrían aplicarse en microcirugía robótica mínimamente invasiva o en dispositivos para comunicar el sentido del tacto desde sensores en una mano robótica a una mano humana”, destaca el estudio.
Los músculos de polímero están alimentados normalmente por electricidad producida mediante calentamiento resistivo usando el recubrimiento de metal sobre el hilo de coser o utilizando alambres de metal retorcidos junto con el músculo. Para otras aplicaciones, “los músculos pueden ser autoimpulsados por los cambios de temperatura del medio ambiente”, dice Carter Haines, el autor principal del estudio, que realiza su doctorado con el profesor Baughman.
Además, Haines señala que el equipo de la Universidad de Texas ha creado tejidos textiles con los músculos de polímeros, cuyos poros se abren y cierran de forma reversible con los cambios en la temperatura. También se podrían usar para abrir y cerrar ventanas de edificios e invernaderos en función de los cambios meteorológicos.
Referencia bibliográfica:
Carter Haines et al.: Artificial Muscles from Fishing Line and Sewing Thread. Science (2014). DOI: 10.1126/science.1246906.
Carter Haines et al.: Artificial Muscles from Fishing Line and Sewing Thread. Science (2014). DOI: 10.1126/science.1246906.