Un avance científico presentado por investigadores de la Universidad Penn State promete revolucionar la robótica. A través del desarrollo de polímeros ferroeléctricos, diseñaron músculos artificiales que potenciarían la creación de innovadores dispositivos médicos basados en robótica blanda.
La robótica blanda se centra en el diseño de robots con componentes flexibles y deformables. A diferencia de los robots convencionales, compuestos por partes rígidas y estructuras metálicas, los blandos se fabrican con polímeros, elastómeros y tejidos textiles. Los mismos imitan las características y los comportamientos de los organismos biológicos.
El desarrollo del polímero ferroeléctrico
El equipo de investigadores de Penn State desarrolló polímeros ferroeléctricos que son muy eficientes para convertir energía eléctrica en tensión mecánica. Es decir, que traducen la electricidad en el movimiento de un material que, en principio, parece rígido.
Además, este nuevo material supera las limitaciones de los polímeros piezoeléctricos tradicionales. Los polímeros ferroeléctricos ofrecen mayor flexibilidad y adaptabilidad ambiental. Estas características los hacen valiosos en el campo de la robótica. Como si fueran músculos artificiales, se podría mejorar, mediante su aplicación, la fuerza, la potencia y la flexibilidad de los robots.
Desafíos al desarrollar los músculos artificiales
A pesar de los avances logrados, todavía existen desafíos que deben superarse. En especial, al pensar en el empleo de los materiales de manera definitiva. Uno de los obstáculos radica en el alto campo de conducción requerido por los polímeros ferroeléctricos. Sin embargo, se han encontrado algunas soluciones innovadoras. Por ejemplo, mediante la creación de un nanocompuesto, es decir, un material con partículas menores a una milésima de milímetro.
Este enfoque de los investigadores permitió reducir la fuerza de conducción necesaria para que el material cambie de forma. Al utilizar una técnica conocida como «calentamiento Joule», se requirió menos del 10 % de la fuerza eléctrica que se hubiese necesitado. Este ahorro hace más viable la aplicación concreta en robots que puedan estar presentes en la vida cotidiana.
Similitudes entre los músculos artificiales y los humanos
Este nuevo polímero presenta similitudes llamativas con el músculo humano. Puede soportar cargas pesadas y exhibe una gran capacidad de deformación. De allí que los investigadores se refieran a él como «músculo artificial».
El avance tiene el potencial de revolucionar la ciencia de la biomecánica y la robótica. Los músculos artificiales permitirían el desarrollo de robots más flexibles y capaces de realizar tareas complejas.
La inspiración proviene de la biomecánica y de los principios que rigen a los organismos vivos. Los investigadores se interesan en las musculaturas robóticas para lograr movimientos suaves y precisos. En este contexto, los polímeros ferroeléctricos son cercanos en función a los tejidos biológicos. Resultan materiales capaces de moverse, deformarse y adaptarse a su entorno, de manera similar a lo que sucede con los músculos naturales.
Posibles aplicaciones del músculo artificial
Las propiedades únicas del polímero lo hacen idóneo para la creación de dispositivos médicos avanzados y precisos. Se espera que tenga aplicaciones prometedoras en el futuro, sobre todo en el campo de los instrumentos ópticos y en la robótica flexible.
La combinación de una alta capacidad de deformación, un bajo campo de conducción y bajo coste, abre nuevas posibilidades. Mientras más eficientes sean los músculos artificiales, tareas más detallistas se podrían ejecutar.
En conclusión, la idea detrás de la robótica blanda en medicina es crear sistemas versátiles, adaptables y seguros. Los robots blandos son capaces de deformarse y cambiar su forma para realizar tareas delicadas. Su flexibilidad les permitiría interactuar de manera segura con humanos y objetos frágiles. O sea que no solo la medicina quirúrgica los aprovecharía, sino también la asistencia a los adultos mayores, por ejemplo.
Algunas aplicaciones potenciales de la robótica blanda en medicina incluyen:
- creación de prótesis y dispositivos médicos más naturales,
- robots asistenciales para el cuidado de personas,
- sistemas de manipulación para la industria farmacéutica,
- instrumentos de exploración para cirugías complejas.
Aunque existen desafíos por superar, se espera que los músculos artificiales de polímeros ferroeléctricos abran nuevas oportunidades en la medicina. A medida que se superen los desafíos actuales, podemos anticipar un futuro en el que la robótica blanda mejore los resultados en salud.
