Avance biónico: yo revolucionario

Por Universidad Queen Mary de Londres 17 de julio de 2023

Un músculo artificial de rigidez variable y autodetección eléctrica. Crédito: Chen Liu et. al, sistema inteligente avanzado

Investigadores de la Universidad Queen Mary han diseñado un músculo artificial de rigidez variable y autodetección que imita las características musculares naturales. El avance tiene implicaciones significativas para la robótica blanda y las aplicaciones médicas, acercándose un paso más a la integración hombre-máquina.

En un estudio publicado el 8 de julio en Advanced Intelligent Systems, investigadores de la Universidad Queen Mary de Londres han logrado avances significativos en el campo de la biónica con el desarrollo de un nuevo tipo de músculo artificial eléctrico de rigidez variable que posee capacidades de autodetección. Esta tecnología innovadora tiene el potencial de revolucionar la robótica blanda y las aplicaciones médicas.

El endurecimiento por contracción muscular no sólo es esencial para mejorar la fuerza, sino que también permite reacciones rápidas en los organismos vivos. Inspirándose en la naturaleza, el equipo de investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencia de Materiales de QMUL ha creado con éxito un músculo artificial que realiza una transición perfecta entre estados blandos y duros y al mismo tiempo posee la notable capacidad de detectar fuerzas y deformaciones.

El Dr. Ketao Zhang, profesor del Queen Mary e investigador principal, explica la importancia de la tecnología de rigidez variable en actuadores artificiales similares a músculos. "Dotar a los robots, especialmente a los fabricados con materiales flexibles, con capacidades de autodetección es un paso fundamental hacia la verdadera inteligencia biónica", dice el Dr. Zhang.

El músculo artificial de última generación desarrollado por los investigadores exhibe una flexibilidad y una capacidad de estiramiento similares a las del músculo natural, lo que lo hace ideal para integrarse en intrincados sistemas robóticos blandos y adaptarse a diversas formas geométricas. Con la capacidad de soportar más del 200 % de estiramiento a lo largo de la dirección longitudinal, este actuador flexible con una estructura rayada demuestra una durabilidad excepcional.

Al aplicar diferentes voltajes, el músculo artificial puede ajustar rápidamente su rigidez, logrando una modulación continua con un cambio de rigidez superior a 30 veces. Su naturaleza impulsada por voltaje proporciona una ventaja significativa en términos de velocidad de respuesta sobre otros tipos de músculos artificiales. Además, esta novedosa tecnología puede monitorear su deformación a través de cambios de resistencia, eliminando la necesidad de disposiciones de sensores adicionales y simplificando los mecanismos de control al tiempo que reduce los costos.

El proceso de fabricación de este músculo artificial autodetección es sencillo y fiable. Los nanotubos de carbono se mezclan con silicona líquida usando tecnología de dispersión ultrasónica y se recubren uniformemente usando un aplicador de película para crear el cátodo de capa delgada, que también sirve como parte sensora del músculo artificial. El ánodo se fabrica directamente utilizando un corte de malla metálica blanda y la capa de actuación se intercala entre el cátodo y el ánodo. Después de que los materiales líquidos se curan, se forma un músculo artificial completo de rigidez variable y autodetección.

Las aplicaciones potenciales de esta tecnología flexible de rigidez variable son amplias y van desde la robótica blanda hasta aplicaciones médicas. La perfecta integración con el cuerpo humano abre posibilidades para ayudar a personas con discapacidades o pacientes a realizar tareas diarias esenciales. Al integrar el músculo artificial autodetección, los dispositivos robóticos portátiles pueden monitorear las actividades de un paciente y proporcionar resistencia ajustando los niveles de rigidez, lo que facilita la restauración de la función muscular durante el entrenamiento de rehabilitación.

"Si bien aún quedan desafíos por abordar antes de que estos robots médicos puedan implementarse en entornos clínicos, esta investigación representa un paso crucial hacia la integración hombre-máquina", destaca el Dr. Zhang. "Proporciona un modelo para el desarrollo futuro de robots blandos y portátiles".

El innovador estudio realizado por investigadores de la Universidad Queen Mary de Londres marca un hito importante en el campo de la biónica. Con el desarrollo de músculos artificiales eléctricos autodetectados, han allanado el camino para avances en robótica blanda y aplicaciones médicas.

Referencia: “Un músculo artificial de rigidez variable y autodetección eléctrica” por Chen Liu, James JC Busfield y Ketao Zhang, 8 de julio de 2023, Advanced Intelligent Systems.DOI: 10.1002/aisy.202300131