Investigadores de la Universidad de Stuttgart desarrollan microactuadores enrollados biomiméticos capaces de mover objetos 30 veces su propio peso

es.wedoany.com Noticia: El equipo de la Dra. Zaklina Burghard del Instituto de Ciencia de Materiales de la Universidad de Stuttgart ha desarrollado una plataforma de fabricación que transforma películas funcionales ultrafinas en microenrollados cerámicos tridimensionales programables en cuestión de segundos, que sirven como componentes de accionamiento compactos para futuros microrrobots y robots blandos. Este logro proviene de la investigación a largo plazo de Burghard sobre sistemas de materiales cerámicos biomiméticos.

Los microrrobots, de volumen extremadamente reducido, tienen potencial de aplicación en los campos de la medicina y la industria; los robots blandos, por su parte, dependen de materiales flexibles y adaptables para mejorar su adaptabilidad y seguridad. Al igual que en los robots macroscópicos, los actuadores en estos dos tipos de sistemas necesitan controlar el movimiento o la sujeción, pero el tamaño general de los sistemas microscópicos es mucho menor, y los robots blandos deben poseer capacidad de deformación elástica, lo que impone requisitos completamente nuevos a los componentes, que a menudo solo pueden lograrse con nuevos materiales.

El equipo de investigación, inspirado en el movimiento de enrollamiento y extensión de la probóscide de las mariposas, preparó películas ultrafinas de pentóxido de vanadio que contienen nanopartículas magnéticas de óxido de hierro. Durante la fabricación, los investigadores desprendieron suavemente las películas cerámicas ultrafinas del sustrato con una cuchilla, que curvaba continuamente la película desprendida, haciendo que se enrollara en microenrollados compactos en pocos segundos. Al acercar un imán al microenrollado, este se despliega rápidamente; al retirar el campo magnético, se vuelve a enrollar.

A diferencia de la cerámica tradicional, estas películas ultrafinas son flexibles. Su comportamiento mecánico único se deriva de una estructura jerárquica nano y micrométrica inspirada en la biología, que logra una deformación elástica mientras mantiene la integridad estructural del material cerámico. Los microenrollados fabricados por los investigadores tienen solo unos pocos micrómetros de ancho, un diámetro de solo unos cientos de micrómetros cuando están enrollados y pueden alcanzar una longitud de hasta 25 milímetros al desplegarse. En los experimentos, los microenrollados siguieron funcionando correctamente después de 5000 ciclos y pudieron mover objetos que superan en más de 30 veces su propio peso.

Burghard explica que los microenrollados también pueden organizarse en matrices programables, lo que permite que múltiples actuadores funcionen simultáneamente para realizar tareas coordinadas como levantar, transportar o manipular objetos diminutos. Se eligió el pentóxido de vanadio como material modelo porque ha sido el núcleo de la investigación de Burghard durante años, lo que proporciona la base para la plataforma de fabricación.

Burghard señala que los actuadores son solo el comienzo; la verdadera innovación reside en la propia plataforma de enrollamiento, que puede transferirse a muchos materiales de película orgánicos e inorgánicos diferentes, con potencial para su uso en futuros componentes electrónicos, sensores, dispositivos de almacenamiento de energía y otros microsistemas multifuncionales.

Este trabajo comenzó con un proyecto financiado por la Fundación Alemana de Investigación (DFG) liderado por Burghard. La tesis de maestría de Semi Kim, completada en 2023, llevó a cabo los primeros estudios experimentales, sentando las bases para la investigación actual. La investigación se realizó en el Departamento de Materiales Biomiméticos del Instituto de Ciencia de Materiales, que utiliza la naturaleza como fuente de inspiración, combinándola con la ciencia moderna de materiales e integrando física, química, modelado computacional y principios de diseño de materiales biomiméticos para desarrollar la próxima generación de materiales funcionales y microsistemas programables.