Musculos artificiales - Materiales Inteligentes

Músculos Artificiales

Si bien no existe una teoría general que permita comparar los actuadores, existen “criterios de potencia” para las tecnologías musculares artificiales que permiten la especificación de nuevas tecnologías de actuadores en comparación con las propiedades musculares naturales. En resumen, los criterios incluyen estrés, tensión, velocidad de deformación, vida útil del ciclo y módulo elástico. Algunos autores han considerado otros criterios (Huber et al., 1997), como la densidad del actuador y la resolución de la tensión. A partir de 2014, las fibras musculares artificiales más poderosas que existen pueden ofrecer un aumento de potencia cien veces mayor que las longitudes equivalentes de las fibras musculares naturales.

Los investigadores miden la velocidad, la densidad de energía, el poder y la eficiencia de los músculos artificiales; ningún tipo de músculo artificial es el mejor en todas las áreas.

Tipos

Los músculos artificiales se pueden dividir en tres grupos principales en función de su mecanismo de actuación.

Actuación del campo eléctrico

Los polímeros electroactivos (EAP) son polímeros que se pueden activar mediante la aplicación de campos eléctricos. Actualmente, los EAP más destacados incluyen polímeros piezoeléctricos, actuadores dieléctricos (DEA), elastómeros de injerto electrostrictivos, elastómeros de cristal líquido (LCE) y polímeros ferroeléctricos. Si bien estos EAP pueden hacerse doblar, sus bajas capacidades de movimiento de torque actualmente limitan su utilidad como músculos artificiales. Además, sin un material estándar aceptado para la creación de dispositivos EAP, la comercialización no ha sido práctica. Sin embargo, se han logrado avances significativos en la tecnología EAP desde la década de 1990.

Actuación basada en Iones

Los EAP iónicos son polímeros que se pueden activar a través de la difusión de iones en una solución electrolítica (además de la aplicación de campos eléctricos). Los ejemplos actuales de polímeros electroactivos iónicos incluyen geles de electrolito, compuestos metálicos de polímero ionomérico (IPMC), polímeros conductores y fluidos electrorreológicos (ERF). En 2011, se demostró que los nanotubos de carbono trenzados también podían activarse mediante la aplicación de un campo eléctrico.

Actuación de energía eléctrica

Los polímeros enroscados y retorcidos (TCP) también conocidos como polímero superenrollado (SCP) son polímeros en espiral que pueden ser activados por energía eléctrica [1]. Un músculo TCP parece un resorte helicoidal. Los músculos TCP generalmente están hechos de nylon recubierto de plata. El músculo TCP también puede fabricarse a partir de otra capa de conductancia eléctrica, como el oro. Los músculos TCP deben estar bajo carga para mantener el músculo extendido. La energía eléctrica se transforma en energía térmica debido a la resistencia eléctrica, que también se conoce como calefacción de Joule, calefacción de Ohmic y calefacción por resistencia. A medida que la temperatura del músculo TCP aumenta por calentamiento de Joule, el polímero se contrae y causa la contracción muscular.

Actuación neumática

Los músculos artificiales neumáticos (PAM) funcionan al llenar una vejiga neumática con aire presurizado. Al aplicar presión de gas a la vejiga, se produce expansión de volumen isotrópica, pero está limitada por alambres trenzados que rodean la vejiga, traduciendo la expansión de volumen en una contracción lineal a lo largo del eje del actuador. Los PAM se pueden clasificar por su operación y diseño; a saber, los PAM presentan una operación neumática o hidráulica, una operación de sobrepresión o de baja presión, membranas trenzadas / en red o embebidas y membranas de estiramiento o membranas que se reordenan. Entre los PAMs más comúnmente usados en la actualidad se encuentra un músculo cilíndrico trenzado conocido como McKibben Muscle, que fue desarrollado por primera vez por J. L. McKibben en la década de 1950.

Actuación térmica

Los músculos artificiales construidos a partir de una línea de pescar y un hilo de coser pueden levantar 100 veces más peso y generar 100 veces más poder que un músculo humano de la misma longitud y peso.

Los músculos artificiales basados en líneas de pesca ya cuestan órdenes de magnitud menor (por libra) que la aleación con memoria de forma o el hilo de nanotubos de carbono; pero actualmente tienen una eficiencia relativamente pobre.

Las macromoléculas individuales se alinean con la fibra en fibras poliméricas disponibles comercialmente. Al enrollarlos en bobinas, los investigadores crean músculos artificiales que se contraen a velocidades similares a los músculos humanos.

Una fibra de polímero (sin torsión), como la línea de pesca de polietileno o el hilo de coser de nailon, a diferencia de la mayoría de los materiales, se acorta cuando se calienta a aproximadamente 4% para un aumento de 250 K en la temperatura. Al retorcer la fibra y enrollar la fibra retorcida en una bobina, el calentamiento hace que la bobina se apriete y acorte hasta en un 49%. Los investigadores encontraron otra manera de enrollar la bobina de tal manera que el calentamiento hace que la bobina se alargue en un 69%.

Una aplicación de los músculos artificiales activados térmicamente es abrir y cerrar automáticamente las ventanas, respondiendo a la temperatura sin utilizar ningún poder.

Diminutos músculos artificiales compuestos de nanotubos de carbono retorcidos llenos de parafina son 200 veces más fuertes que los músculos humanos.

Temas importantes :

Visitar materiales inteligentes

Acá para mas Noticias