211service.com
Movimiento de piezas de papel para robots
Investigadores de la Universidad Inha en Corea del Sur han demostrado que la celulosa, el ingrediente principal del papel, puede doblarse en respuesta a la electricidad. La celulosa tratada es liviana, económica y tiene bajos requisitos de energía, en comparación con materiales eléctricamente activos similares.
Esta fina película de celulosa recubierta de oro se aleta como alas de libélula en respuesta a una corriente eléctrica. El material, llamado papel electroactivo, puede servir como alas para pequeños robots voladores. (Cortesía de Zoubeida Ounaies, Texas A&M University).
Los investigadores coreanos ahora están trabajando con la NASA para desarrollar vehículos voladores del tamaño de un insecto, propulsados de forma inalámbrica con alas de papel. Dichos vehículos podrían volar a áreas inseguras para los humanos y realizar pruebas de gases peligrosos, o inspeccionar la superficie de Marte desde el aire.
[Haga clic aquí para ver imágenes de este papel móvil.]
Los investigadores, dirigidos por Jaehwan Kim , profesor asociado de la universidad, hizo la celulosa eléctricamente activa disolviendo pulpa de papel, formándola en láminas y recubriéndola con una capa de oro como electrodo. Algunas áreas de la película de celulosa están muy ordenadas, mientras que en otras áreas, las hebras de celulosa están enredadas como espaguetis. El movimiento de los iones a través del papel, y el movimiento de las hebras de celulosa, que tienen extremos con carga negativa y positiva, hace que el papel se doble en respuesta a una corriente eléctrica. La flexión es impulsada por las regiones ordenadas, pero el espacio libre en las regiones desordenadas permite que los iones fluyan más libremente y aumenta la capacidad del papel para deformarse.
Los materiales que se mueven en respuesta a la corriente eléctrica se denominan piezoeléctricos. La celulosa de Kim pertenece a una nueva clase de estos materiales, llamados polímeros electroactivos, que han generado entusiasmo en la comunidad científica por sus usos potenciales en muchas áreas: músculos artificiales, sensores químicos, pantallas visuales, las partes móviles de robots y baterías.
El valor del papel eléctricamente activo es que es liviano y tiene una alta deflexión [movimiento] a bajo voltaje en comparación con los polímeros electroactivos tradicionales, dice Sang Choi, científico investigador principal del Centro de Investigación Langley de la NASA. Cuando se aplica un pequeño voltaje al papel de Kim, puede moverse una distancia relativamente grande; por ejemplo, en experimentos, la punta de una tira de papel electroactivo de 30 milímetros de largo se desplazó 4,2 milímetros. De hecho, la fuerza del campo eléctrico requerida para mover la punta del papel a su desplazamiento máximo es de uno a dos órdenes de magnitud menor que la requerida por otros polímeros electroactivos. Y el papel puede cambiar de forma rápidamente, moviéndose hacia adelante y hacia atrás tan rápido como una vez cada 0.06 segundos.
Choi de la NASA está interesado en el material de Kim porque, en comparación con los piezoeléctricos convencionales y otros polímeros electroactivos, es muy ligero y requiere muy poca energía. Juntos, Choi y Kim están diseñando un pequeño vehículo volador con alas de celulosa alimentado por microondas ambientales. Choi dice que la NASA espera que estos robots jueguen un papel importante en sus misiones exploratorias a largo plazo. Por ejemplo, pequeños robots con partes móviles hechas de papel u otros materiales pueden volar bajo sobre la superficie marciana para monitorear su topología. Aún así, no está claro que la celulosa pueda soportar las condiciones extremas en el espacio exterior.
Las películas de celulosa que Kim ha hecho hasta ahora no pueden ejercer mucha fuerza, algo imprescindible para las aplicaciones robóticas. Entonces él está trabajando con Zoubeida Ounaies , profesor asistente de ingeniería aeroespacial en Texas A&M University, para fortalecer esta celulosa inteligente. Ounaies agrega nanotubos de carbono, apreciados por su alta conductividad eléctrica y resistencia, a la celulosa disuelta. La mezcla aún está en estudio, pero la idea es que las películas de hebras de celulosa íntimamente enredadas con nanotubos de carbono pueden ejercer más fuerza que las películas de celulosa pura.
La celulosa es barata y fácilmente disponible; la película de Kim incluso se puede fabricar tratando papel disponible comercialmente. En comparación, el polímero eléctricamente activo más utilizado, la polianilina, cuesta 68 dólares el gramo, dice Victoria Finkenstadt , químico investigador del Servicio de Investigación Agrícola del USDA. Aunque aún no se ha demostrado la robustez y la fuerza de la celulosa, también puede resultar un buen material para los músculos artificiales utilizados en robótica, dice Finkenstadt.
Estos materiales pueden darnos una locomoción [robot] con la que nunca soñamos, dice Kwang J. Kim , profesor asociado de ingeniería mecánica en la Universidad de Nevada en Reno (que no participó en la investigación de la celulosa). Pero Kim dice que el campo de los polímeros eléctricamente activos aún es joven y los investigadores aún están desarrollando aplicaciones. En unos años más saldrán tecnologías interesantes, predice.