Investigadores Desarrollan Actuadores de Robot Suave Autoregenerantes

Un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania ha desarrollado una solución para el desgaste de los actuadores de robots suaves debido a la actividad repetida: un polímero biosintético autoregenerante basado en dientes de anillo de calamar. El material es beneficioso para los actuadores, pero también podría aplicarse en cualquier lugar donde los pequeños agujeros podrían causar problemas, como en trajes de protección contra materiales peligrosos.

Según el informe en Nature Materials, “Los materiales autoregenerantes actuales tienen limitaciones que limitan su aplicación práctica, como una baja resistencia de curación y tiempos de curación largos (horas).”

Inspirados en las criaturas autoregenerantes de la naturaleza, los investigadores crearon proteínas sintéticas de alta resistencia. Pueden autoregenerar daños visibles y minúsculos.

Melik Demirel es profesor de ciencia e ingeniería de materiales y titular de la cátedra Lloyd y Dorothy Foehr Huch en Materiales Biomiméticos.

“Nuestro objetivo es crear materiales programables autoregenerantes con un control sin precedentes sobre sus propiedades físicas utilizando biología sintética”, dijo.

Brazos y Prótesis Robóticos

Algunas máquinas robóticas, como los brazos robóticos y las piernas protésicas, dependen de articulaciones que se mueven constantemente. Esto requiere un material suave, y lo mismo es cierto para los ventiladores y varios tipos de equipo de protección personal. Estos materiales, y cualquier que sufra un movimiento repetitivo continuo, corren el riesgo de desarrollar pequeñas grietas y rasgos, lo que eventualmente los hará romper. Con el uso de material autoregenerante, estos pequeños rasgos pueden repararse rápidamente antes de que se produzca algún daño grave.

Repeticiones en Tándem de ADN

El equipo de investigadores creó el polímero autoregenerante utilizando una serie de repeticiones en tándem de ADN que consisten en aminoácidos producidos por duplicación genética. Las repeticiones en tándem son a menudo una serie corta de moléculas que pueden repetirse un número ilimitado de veces.

Abdon Pena-Francelsch es el autor principal del artículo y un ex estudiante de doctorado en el laboratorio de Demirel.

“Pudimos reducir un período de curación típico de 24 horas a un segundo, por lo que nuestros robots suaves basados en proteínas ahora pueden repararse de inmediato”, dijo Abdon Pena-Francelsch. “En la naturaleza, la autoregeneración lleva mucho tiempo. En este sentido, nuestra tecnología supera a la naturaleza”.

Según Demirel, el polímero autoregenerante puede curarse con la aplicación de agua, calor y even luz.

“Si cortas este polímero por la mitad, cuando se cura, recupera el 100 por ciento de su resistencia”, dijo Demirel.

Metin Sitti es director del Departamento de Inteligencia Física del Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes, Stuttgart, Alemania.

“Los materiales suaves físicamente inteligentes y autoreparables son esenciales para construir robots y actuadores suaves robustos y tolerantes a fallas en el futuro cercano”, dijo Sitti.

El equipo pudo crear el polímero suave de curación rápida ajustando el número de repeticiones en tándem. Puede retener su resistencia original, y al mismo tiempo, pudieron hacer que el polímero sea 100 por ciento biodegradable y 100 por ciento reciclable en el mismo polímero.

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Polímeros a Base de Petróleo

“Queremos minimizar el uso de polímeros a base de petróleo por muchas razones”, dijo Demirel. “Más temprano que tarde nos quedaremos sin petróleo y también es contaminante y causa calentamiento global. No podemos competir con los plásticos realmente baratos. La única forma de competir es ofrecer algo que los polímeros a base de petróleo no pueden entregar y la autoregeneración proporciona el rendimiento necesario”.

Según Demirel, muchos de los polímeros a base de petróleo pueden reciclarse, pero tiene que ser en algo diferente.

Los polímeros biomiméticos pueden biodegradarse, y ácidos como el vinagre pueden reciclarlos en un polvo que luego puede fabricarse en el polímero autoregenerante original.

Stephanie McElhinny es gerente de programas de bioquímica en la Oficina de Investigación del Ejército.

“Esta investigación ilumina el panorama de las propiedades de los materiales que se vuelven accesibles al ir más allá de las proteínas que existen en la naturaleza utilizando enfoques de biología sintética”, dijo McElhinny. “La autoregeneración rápida y de alta resistencia de estas proteínas sintéticas demuestra el potencial de este enfoque para entregar materiales novedosos para futuras aplicaciones del Ejército, como equipo de protección personal o robots flexibles que podrían maniobrar en espacios confinados”.