Investigadores Desarrollan un Robot Suave Impulsado por Agua Inspirado en Pepinos de Mar

Un equipo de investigadores del Departamento de Ingeniería Mecánica de POSTECH ha desarrollado un actuador suave autooperado impulsado por agua, y es más rápido y fuerte que los actuadores suaves convencionales. El equipo estuvo liderado por el profesor Dong Sung Kim, el Dr. Andrew Choi y Hyeonseok Han.

La investigación se publicó en la Revista de Química de Materiales A.

MCT y Pepinos de Mar

El nuevo desarrollo se inspiró en el tejido colagenoso mutable (MCT) de los pepinos de mar. El cuerpo de un pepino de mar está hecho de MCT, lo que le permite endurecerse o suavizarse dependiendo del entorno que lo rodea. El módulo elástico de los pepinos de mar es capaz de cambiar hasta 10 veces en solo unos segundos, y esto es lo que les permite caber en pequeñas grietas o inflarse para amenazar a los depredadores. Pueden hacer esto formando o destruyendo enlaces de hidrógeno en tejidos colagenosos controlando los reguladores químicos.

Los actuadores son rígidos y pueden alterar su estado físico utilizando un cambio de señalización eléctrica, similar a un motor o un interruptor. Algunos actuadores suaves, por otro lado, pueden responder al agua y utilizarla como fuente de energía. Para la robótica suave que requiere libertad de movimiento, los actuadores suaves pueden ayudar en este sentido. Con eso dicho, los actuadores suaves existentes a menudo son frágiles y lentos, lo que significa que no pueden aplicarse de manera efectiva.

Superior a los Actuadores Suaves Convencionales

Los investigadores se inspiraron en el MCT de los pepinos de mar, que puede cambiar de forma libremente reaccionando con el agua. Luego desarrollaron un actuador que es programable y se basa en el hidrogel de PNIPAAm en bloque, que es extremadamente flexible. Demostró una fuerza de actuación 200 veces mayor y 300 veces más rápida que los actuadores suaves convencionales que dependen del agua como fuente de energía. Estos actuadores incluso pueden utilizar el agua como fuente de energía cuando está a 80 grados Celsius.

A través de varias pruebas, el actuador demostró que era lo suficientemente robusto como para restaurar su forma original cuando se sometió a un 300% de deformación por tracción.

Según el equipo, este actuador podría utilizarse en muchos sectores diferentes, incluyendo los campos industrial y biomédico. También podría marcar la diferencia en los robots industriales, más específicamente, con los ganchos que actúan como un brazo humano y levantan materiales. Este tipo de robot también puede cerrar heridas y actuar como dedos artificiales.

“El robot suave se activa cuando entra en contacto con la humedad y es flexible y deformable para adaptarse fácilmente a diversos entornos”, explicó el profesor Dong Sung Kim. “Este actuador de hidrogel recién desarrollado es muy poderoso y se activa rápidamente para permitir la operación incluso en lugares sin electricidad utilizando la energía química.”

La investigación fue apoyada por el Programa de Investigador de Carrera Media y el Programa de Desarrollo de Tecnología Básica Biomédica financiado por el Ministerio de Ciencia y TIC y la Fundación Nacional de Investigación de Corea, y el Proyecto Alquimista financiado por el Ministerio de Comercio, Industria y Energía.