Recientemente, un equipo de investigación de la Universidad de Coimbra publicó un nuevo resultado sobre tecnología impulsada por cambio de fase en "Nature Communications". Desarrollaron un actuador suave de cambio de fase diseñado para proporcionar soporte de potencia de alta intensidad y precisión a los robots suaves eléctricos. La innovación del equipo radica en el uso del cambio de fase líquido-gas del agua para generar movimiento mecánico, un método que no solo es simple, sino también altamente escalable y potente.

A diferencia de los actuadores suaves tradicionales, el diseño del actuador de la Universidad de Coimbra elimina los voluminosos dispositivos neumáticos, materiales especiales o sistemas de alta presión, y en su lugar utiliza un calentador embebido de micro tamaño para convertir el agua en vapor, generando así presión interna que impulsa el movimiento de estructuras suaves y flexibles. Este diseño permite que el actuador funcione con un voltaje tan bajo como 24 V, proporcionando una fuerza superior a 50 N y una tasa de presurización de hasta 100 kPa/s.

El equipo de investigación eligió el agua como fluido de trabajo principalmente por su seguridad, disponibilidad y eficiencia termodinámica. A través de un riguroso proceso de selección, demostraron que la entalpía de vaporización del agua es en realidad un benchmark de rendimiento confiable. Comparado con diseños anteriores, el nuevo actuador logra una tasa de deformación del 16,6%/s y mantiene la estabilidad en más de mil ciclos de accionamiento.

El diseño central del actuador radica en su modularidad. Al separar la bobina calefactora, la cavidad del fluido de trabajo y la estructura suave externa, el equipo creó un sistema flexible que puede adaptarse a tipos de movimiento lineal, curvo o una combinación de ambos. Además, utilizaron materiales listos para usar y métodos de fabricación convenientes, como la impresión 3D y el moldeo, para diseñar el actuador.

Para demostrar el potencial de estos actuadores de cambio de fase de alta potencia, el equipo de investigación desarrolló tres prototipos: una mano biomimética, un agarre suave y el robot cuadrúpedo Bixo. Estos prototipos no solo demostraron la viabilidad de la tecnología, sino que también sugieren la aparición de un nuevo tipo de robots suaves: económicos, seguros y capaces de operar en entornos naturales sin bombas atadas o materiales peligrosos.

Mirando hacia el futuro, el equipo de investigación planea miniaturizar aún más el actuador, aumentar la presión operativa y desarrollar mecanismos avanzados de pre-carga. No obstante, el diseño actual del actuador ya proporciona una base confiable para investigadores que buscan construir robots suaves sin la complejidad neumática o los riesgos asociados con sistemas de alta presión.