Músculos artificiales, con materiales nuevos

Ingenieros de la Universidad de Duke están experimentando con delgadas capas de carbón y polímeros para crear materiales únicos con una amplia gama de aplicaciones, incluyendo la construcción de músculos artificiales.

El retículo, conocido como grafeno, está hecho de carbono puro y bajo el microscopio se asemeja a una tela metálica. Debido a sus propiedades ópticas, eléctricas y mecánicas únicas, el grafeno se utiliza en la electrónica para almacenar energía y en materiales compuestos en el área de la biomedicina.

Sin embargo, el grafeno es extremadamente difícil de manejar porque se “arruga” fácilmente, que según las circunstancias puede ser una característica positiva o negativa.

En ingeniero de la Duke, Xuanhe Zhao, profesor asistente en la Facultad de Ingeniería Pratt compara el desafío de controlar el grafeno a la diferencia entre desdoblar papel y tejido mojado.

“Si arrugamos papel normal fácilmente puede alisarse aunque queden marcas. Sin embargo, el grafeno es más como papel de seda húmedo. Es extremadamente delgado, pegajoso y difícil de desplegar una vez arrugado. Hemos desarrollado un método para resolver este problema y controlar el arrugamiento y desarrollo de películas de grafeno de gran superficie”, dijo Zhao.

Los ingenieros de Duke unieron el grafeno con una película de caucho que fue pre-estirada varias veces, de esta forma el grafeno se adhiere a la película y trabaja en conjunto, como una base, esto permite que el grafeno se arrugue y estire junto con la película.

De esta manera, es posible controlar las arrugas y estiramiento del grafeno en una extensión mayor simplemente al estirar o relajar la película de caucho”, dijo Zhao. Los resultados fueron publicados en el journal en línea Nature Materials.

“Nuestro enfoque ha abierto vías para explotar las propiedades y funciones sin precedentes de grafeno”, dijo Jianfeng Zang, un becario de posdoctorado en el grupo de Zhao y el autor principal del artículo. “Por ejemplo, podemos ajustar el grafeno para que cambie de transparente a opaco con el hecho de arrugarlo y luego regresarlo a su estado material al desdoblarlo, es decir, que ahora ya puede controlarse”.

Adicionalmente, los ingenieros de Duke unieron capas de grafeno con películas de polímeros diferentes para hacer un material suave que pueda actuar como tejidos musculares mediante la contracción y la expansión. En una serie de experimentos se demostró que cuando se aplica electricidad al grafeno, el músculo artificial se expande y cuando la electricidad se corta, se relaja. Variando el voltaje se controla el grado de contracción y relajación.

“Los nuevos músculos artificiales conjugan tecnologías diversas que van desde la robótica a la administración de fármacos para la recolección y almacenamiento de energía. En particular, prometen mejorar enormemente la calidad de vida de millones de personas con discapacidad, proporcionando dispositivos asequibles como prótesis ligeras hasta pantallas Braille. El amplio impacto de los nuevos músculos artificiales es potencialmente análogo al impacto de los materiales eléctricos en la sociedad global”, explicó Zhao.

Referencias:

Jianfeng Zang, Seunghwa Ryu, Nicola Pugno, Qiming Wang, Qing Tu, Markus J. Buehler, Xuanhe Zhao. “Multifunctionality and control of the crumpling and unfolding of large-area grapheme”. Nature Materials.