El pull-up, un ejercicio temido por la mayoría, responde a una pregunta básica: ¿son sus músculos lo suficientemente fuertes como para levantar su propio peso corporal?
Algunos investigadores de Illinois que trabajan en músculos artificiales están viendo resultados que incluso las personas más en forma envidiarían, diseñando músculos capaces de levantar hasta 12,600 veces su propio peso.
Profesor asistente de ciencia e ingeniería mecánica Sameh Tawfick, beckman posdoctoral, Caterina Lamuta, y Simon Messelot publicaron recientemente un estudio sobre cómo diseñar músculos artificiales súper fuertes en la revista Materiales y estructuras inteligentes . Los nuevos músculos están hechos de caucho de siloxano reforzado con fibra de carbono y tienen una geometría en espiral.
Estos músculos son capaces no solo de levantar hasta 12,600 veces su propio peso, sino que también soportan hasta 60 MPa de estrés mecánico, proporcionando golpes de tensión superiores al 25% y trabajo específico de hasta 758 J / kg. Esta cantidad es18 veces más que el trabajo específico que los músculos naturales son capaces de producir. Cuando se accionan eléctricamente, los músculos artificiales a base de fibra de carbono muestran un excelente rendimiento sin requerir un alto voltaje de entrada: los autores mostraron cómo un haz muscular de 0,4 mm de diámetro es capaz de levantar la mitadun galón de agua por 1.4 pulgadas con solo 0.172 V / cm de voltaje aplicado.
"La gama de aplicaciones de estos músculos artificiales de bajo costo y peso ligero es realmente amplia e involucra diferentes campos como la robótica, prótesis, ortesis y dispositivos de asistencia humana", dijo Lamuta. "El modelo matemático que propusimos es un diseño útilherramienta para adaptar el rendimiento de los músculos artificiales en espiral de acuerdo con las diferentes aplicaciones. Además, el modelo proporciona una comprensión clara de todos los parámetros que juegan un papel importante en el mecanismo de actuación, y esto alienta futuros trabajos de investigación hacia el desarrollo de nuevas tipologías demúsculos en espiral reforzados con fibra con propiedades mejoradas "
Los músculos artificiales en sí mismos son bobinas compuestas de fibras de carbono comerciales y polidimetilsiloxano PDMS. Un remolque de fibras de carbono se sumerge inicialmente en PDMS no curado diluido con hexano y luego se retuerce con un taladro simple para crear un hilo con una forma homogénea y constanteradio. Después del curado del PDMS, el hilo compuesto recto se retuerce mucho hasta que esté completamente enrollado.
"Los músculos en espiral se inventaron recientemente utilizando hilos de nylon", dijo Tawfick. "Pueden ejercer grandes movimientos de actuación, lo que los hace increíblemente útiles para aplicaciones en dispositivos de asistencia humanos: si solo pudieran hacerse mucho más fuertes".
El equipo estableció el objetivo de transformar las fibras de carbono, un material liviano muy fuerte que está fácilmente disponible comercialmente, en músculos artificiales.
"Para usar las fibras de carbono, teníamos que entender el mecanismo de contracción de los músculos enrollados. Una vez que descubrimos la teoría, aprendimos cómo transformar las fibras de carbono en músculos ultra fuertes. Simplemente llenamos los remolques de fibra de carbono con el tipo adecuado de silicona", dijo Tawfick. Este estudio demuestra que la contracción muscular es causada por un aumento en el radio del hilo muscular debido a la expansión térmica o la absorción de solventes de la presentación de silicona".Los músculos se flexionan cuando el caucho de silicona separa localmente las fibras dentro del cable, aplicando un voltaje, calor o hinchamiento por un solvente. La presión interna ejercida por el caucho de silicona sobre las fibras hace que el diámetro del cable se expanda y desenrolle causando un golpe de contracción.a lo largo de la longitud "
Durante la caracterización experimental, se aplicó un voltaje de CC a los extremos de la bobina para inducir el calentamiento del material compuesto y, a su vez, provocar la activación por tracción. El extremo superior de la bobina se fijó, mientras que una carga se unió al fondocrear tensión. El golpe de tracción fue capturado por una cámara de cine y analizado cuadro por cuadro. La actuación de tracción también fue inducida a través de la hinchazón a través de hexano líquido entregado al músculo en espiral.
¿Pueden estos músculos flexionarse aún más, logrando golpes más grandes? El acuerdo cercano entre las predicciones matemáticas y la realización experimental proporciona confianza para responder a esta pregunta. El equipo descubrió que la actuación de los músculos enrollados artificiales puede verse limitada por la capacidad del huéspedmaterial silicona para expandirse: un límite impuesto por las propiedades de degradación térmica del material huésped. Esto explica por qué los músculos accionados por la hinchazón tienen mayores tensiones de actuación, son capaces de hincharse más que los músculos inducidos por el calor. El modelo teórico propuesto porlos autores arrojan luz sobre cómo diseñar material para invitados que podría habilitar los músculos con un rendimiento aún más impresionante.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería de la Universidad de Illinois . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :