Un material blando parecido a una langosta puede saltar 200 veces su grosor

Los súper humanos no existen en el mundo real, pero algún día podrías ver súper robots. Por supuesto, los robots pueden hacerse más fuertes, más rápidos y mejores que los humanos, pero ¿crees que hay un límite en lo mucho que podemos mejorarlos? Gracias a los desarrollos en curso en la ciencia de los materiales y la robótica blanda, los científicos ahora están desarrollando nuevas tecnologías que podrían permitir que los futuros robots amplíen las fronteras de la biología no humana. Por ejemplo, un equipo de investigadores de la Universidad de Colorado Boulder desarrolló recientemente un material que podría fabricar robots blandos capaces de saltar 200 veces su propio grosor. Uno de los saltadores más asombrosos de la tierra, las langostas solo pueden saltar hasta 20 veces la longitud de su cuerpo en el aire. Aunque supera a los insectos, los investigadores detrás del material elástico para saltar dicen que se inspiraron en los saltamontes. Al igual que el insecto, el material almacena grandes cantidades de energía en el ambiente y la vuelve a liberar repentinamente al saltar.

Descubierto por accidente

La película gomosa está hecha de elastómeros de cristal líquido (LCE), materiales especiales compuestos por redes de polímeros reticulados. Estos exhiben propiedades de elastómeros (utilizados para fabricar neumáticos, pegamento y robots blandos) y cristales líquidos (utilizados para fabricar pantallas de televisión, músculos artificiales y microbots), y responden muy bien a diversos estímulos externos. En general, los LCE son actuadores más fuertes, más flexibles y mejores que los elastómeros tradicionales. La primera autora del estudio, Tayler Hebner, y sus colegas estudiaron las LCE y su capacidad para cambiar de forma. No tenían intención de construir un robot saltador en ese momento, pero observaron un comportamiento interesante de los LCE. “Acabamos de ver el elastómero de cristal líquido sobre la placa caliente y nos preguntamos por qué no tomó la forma que esperábamos. De repente saltó directamente de la fase de prueba a la encimera», dijo Hebner en un comunicado de prensa. Al entrar en contacto con el punto caliente, el material primero se combó y volcó, y luego, de repente, en los siguientes seis milisegundos saltó en el aire, alcanzando una altura de unas 200 veces su grosor. Los investigadores se dieron cuenta de que los LCE responden al calor, lo que lleva al desarrollo del material parecido a una langosta. Hamed Shahsavan, un experto en ciencia de materiales de la Universidad de Waterloo que no participó en el estudio, comentó sobre estos hallazgos y le dijo a Ars Technica: «Los LCE generalmente responden al calor o la luz. Este trabajo también utiliza calor para generar la energía necesaria para que las LCE se deformen y se agrieten”.

¿Qué hace que el material salte?

Según los investigadores, el material parecido a un saltamontes consta de tres capas de elastómero y cristales líquidos. A medida que se calienta el material, las capas elastoméricas comienzan a contraerse, pero la tasa de contracción es más rápida en las dos capas superiores, que son menos rígidas que la capa inferior. Mientras tanto, los cristales líquidos también comienzan a contraerse. Como resultado de estos cambios desproporcionados, aparece una formación similar a un cono cerca de las piernas en la parte posterior del cuerpo del robot. El robot tiene cuatro patas unidas a sus cuatro esquinas laterales: dos patas cortas al frente y dos patas largas atrás. Según los investigadores, las patas traseras más largas ofrecen un punto de contacto más alto en comparación con las patas cortas, lo que permite la penetración para levantar el material en el ángulo deseado. Se almacena mucha energía en el cono, lo que conduce a la inestabilidad mecánica de la película. Si el LCE se calienta más, la formación en forma de cono se invierte rápidamente y el material se lanza al aire. Los autores del estudio afirman: “El empaquetamiento concéntrico de orientación en cada uno de los LCE programa un cambio de forma direccional en un cono. Sin embargo, se ha demostrado que las variaciones en la respuesta del LCE y las propiedades mecánicas de los materiales introducen inestabilidad temporal, que se manifiesta como ruptura en una película independiente». Los investigadores afirman que pueden cambiar la configuración de su material de salto. para que salte al enfriar en lugar de al calentar. Además, pueden controlar fácilmente la dirección en la que rebota el material cambiando la orientación de sus patas. Shahsavan sugiere que tales LCE podrían usarse para crear una variedad de dispositivos y robots blandos móviles. Y agregó: «El confinamiento del mecanismo de salto que se muestra en este estudio proporciona una gran cantidad de densidad de liberación de energía que se puede aprovechar para la funcionalidad de carga de pequeños robots blandos». El salto también se puede utilizar para la locomoción de pequeños robots sobre terreno accidentado, ya sea directamente o como mecanismo auxiliar de otros mecanismos de locomoción como caminar, gatear, reptar, etc.” Los LCE fueron descubiertos hace unos 42 años por un químico llamado Heino Finkelmann, pero este Es probable que sea la primera vez que los científicos reconocen sus extraordinarias habilidades para saltar. El material similar a una langosta resultante podría proporcionar una herramienta de movilidad efectiva para la robótica blanda. Science Advances, 2023. DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.ade1320 (Acerca de los DOI) Rupendra Brahambhatt es una periodista y cineasta experimentada. Cubre noticias de ciencia y cultura y durante los últimos cinco años ha estado colaborando activamente con algunos de los medios de comunicación, revistas y marcas de medios más innovadores que operan en diferentes partes del mundo.