MÚSCULOS ARTIFICIALES DE NANOTUBOS DE CARBONO,GRAFENO,DIÓXIDO DE VANADIO Y POLIMEROS

Siempre hemos soñado con crear estructuras autómatas con una función tan compleja como la de nuestros músculos biológicos,durante décadas numerosas investigaciones han permitido ir dejando atrás este sueño y convertirlo en realidad. Actualmente se pueden fabricar músculos artificiales basados en nanotubos de carbono,otros se fabrican con materiales flexibles y muy resistentes como el grafeno o el dióxido de vanadio,aunque también nos podemos encontrar músculos artificiales hechos con plástico flexible o fibras de polietileno,hasta los tradicionales músculos accionados por un sistema hidráulico.

¿Sabías que hace poco un grupo de científicos estadounidenses ha conseguido crear músculos artificiales 1.000 veces más fuertes y resistentes que los que poseemos los seres humanos?

MÚSCULOS ARTIFICIALES DE DIÓXIDO DE VANADIO

Este curioso invento funciona gracias a un material llamado dióxido de vanadio, capaz de modificar su forma fluidamente,ya que posee una estructura sensible a los cambios de calor.Así, este material es capaz de contraerse en una dimensión y expandirse en otras dos, simulando la capacidad del músculo humano ,estos micro-músculos artificiales poseen una increíble fuerza y pretenden ser utilizados en máquinas industriales  y robots.

Sin embargo, hasta el momento el tamaño de este invento es demasiado pequeño como para ser aplicado a grandes equipos, por lo que aún debe mejorarse un poco para aplicarlo a la robótica.

El grupo de científicos del centro estadounidense Lawrence Berkely National Laboratory presentó su nuevo invento en la revista Nature.

MÚSCULOS ARTIFICIALES DE PLÁSTICO FLEXIBLE

La mayoría de robots que existen actualmente dependen de un sistema hidráulico basado en fluido presurizado que hace que sean lentos y torpes. Además, este sistema también los limita a poder levantar la mitad de su propio peso. Para resolver este problema y lograr que un robot pueda cargar aún más peso, algunos ingenieros en la Universidad Nacional de Singapur están desarrollando otro tipo de músculos artificiales.

Estos músculos artificiales están hechos de un plástico flexible que se puede construir en el robot para dar esta función. Además, serán activados con pulsaciones eléctricas, permitiendo que el robot reaccione de la misma manera que un músculo humano lo hace.

Aunque ya existen varias patentes para controlar músculos artificiales con impulsos eléctricos, el objetivo de los ingenieros en Singapur va enfocado hacia la fuerza que podrían levantar estos robots.
Hace dos años, trabajaron en una teoría que mostraba que los músculos artificiales de polímero podrían tener una tensión de desplazamiento de hasta 1,000 %, lo que significa que podrían levantar 500 veces su propio peso.

Con esta base, el equipo que trabaja en este experimento ha podido crear músculos artificiales que pueden levantar 80 veces su propio peso, estirándose hasta 5 veces más que su medida original.

Actualmente están trabajando en lograr que el músculo se estire unas 10 veces su tamaño original y los encargados del proyecto están convencidos de que eventualmente lo lograrán.

El equipo de investigación también está usando los músculos artificiales para hacer que los robots se 'autorecarguen'. Digamos que en cuanto el movimiento empiece, los músculos artificiales puede convertir el movimiento en energía eléctrica haciendo que los robots puedan cargarse sin necesidad de conectarse a una red eléctrica.

Sin embargo, el punto central de esta investigación está en crear un brazo robótico con músculos artificiales que planean tener listo entre 3 y cinco años. 

MÚSCULOS ARTIFICIALES DE NANOTUBOS DE CARBONO

Actualmente los nanotubos de carbono, el grafeno y los nuevos materiales superconductores y ultra-resistentes están revolucionando el mercado tecnológico. Solo hay que comprobar las numerosas propiedades eléctricas y mecánicas que presentan para darse cuenta de las miles de aplicaciones en las que se pueden utilizar. Hace unos meses unos investigadores de Australia,Estados Unidos,Corea del Sur y Canadá consiguieron fabricar los primeros músculos artificiales que pueden utilizarse en prótesis y robot con total funcionalidad.

Hace mucho años, los músculos artificiales se realizaban con polímeros y otros materiales que podían cambiar de tamaño y forma, de manera que sirviesen de estructura o prótesis artificiales (ofreciendo la tensión similar a la de un músculo cuando se necesita aplicar cierta fuerza), esto se debía principalmente a que existían pocos materiales que pudieran ser sometidos a una gran torsión cuando se les aplica una corriente eléctrica.


Sin embargo,actualmente los investigadores han sido capaces de crear músculos artificiales que ofrecen una torsión hasta 1.000 veces superior que cualquier otro material gracias a la utilización de nanotubos de carbono y otros 'supermateriales', encontrando una torsión similar a la de los tentáculos de un pulpo o la trompa de un elefante.


Gracias a dicha torsión,estos músculos artificiales son 100 veces más fuertes que el músculo natural y, además, mucho más flexibles que el caucho.






Para construir estos músculos artificiales se han fabricado hilos compuestos de múltiples nanotubos de carbono entrelazados que forman un hilo de alta resistencia.Estos músculos se mueven gracias a la conexión de un electrodo y la inmersión de éste en un electrolito. Los iones del electrolito entran en el hilo y hacen que se hinche, se contraiga y gire a lo largo de su longitud.

El hilo que han obtenido mediante los nanotubos de carbono podría utilizarse para miniaturizar los motores eléctricos, los compresores y las bobinas e integrarlas en un único chip, además se podrán fabricar prótesis mucho más fuertes y dotadas de motores y correas basadas en este tipo de material, de manera que fuesen mucho más resistentes, ofreciesen mayor fuerza de agarre y, además, podran ser mucho más ligeras; ventajas que se podrían trasladar al desarrollo de robots, por ejemplo, en el ámbito de la industria y las cadenas de montaje.

MÚSCULOS ARTIFICIALES CON FIBRAS DE POLIETILENO

Por último veremos los músculos artificiales que ha desarrollado un grupo de investigadores de la Universidad de Texas. Para fabricarlos han enrollado miles de fibras de polietileno de alta resistencia(material del hilo de pescar) .Este nuevo material reacciona con la temperatura y muchos aseguran que puede revolucionar la medicina y la creación de nuevos tejidos inteligentes para mantenernos frescos o calientes.

Al enrollar las fibras de polietileno se consigue una torsión extrema que les permite funcionar como músculos de torsión ,de esta manera  pueden levantar cargas cien veces más pesadas que los músculos humanos de la misma longitud y peso. También podrían generar un centenar de veces más energía mecánica por longitud y peso que los músculos humanos, aproximadamente la misma potencia mecánica que un motor a reacción.



Además pueden activarse con cambios de temperatura,de manera que cuando se caliente la fibra se contraiga y cuando se enfríe vuelva a su posición natural. Para que nos hagamos una idea nuestros músculos se contraen sólo un 20 por ciento, mientras que estos nuevos músculos pueden contraerse un 50 por ciento de su longitud.

Manejados en paralelo, de forma similar a como se configuran los músculos naturales, un centenar de estos músculos de polímeros podrían levantar alrededor de 0,8 toneladas.

Los músculos de polímeros enrollados que funcionan de manera independiente, y poseen un diámetro menor que un cabello humano, podrían producir expresiones faciales humanas para humanizar los futuros robots de compañía para personas mayores.

También podrían ayudar a construir nuevos brazos robóticos con sentido del tacto, entre otras muchas aplicaciones.


Al ritmo que vamos dentro de unas décadas se fabricarán estructuras artificiales mucho más complejas que nuestros músculos biológicos,y seguramente los tejidos y músculos artificiales suplantaran  la mayoría de implantes.