La "alfombra mágica" que aparece en los cuentos de "One Thousand and One Nights" a "Aladdin" de Disney captura la imaginación no solo porque puede volar, sino porque también puede agitar, aletear y alterar su forma para servir a sus jinetesCon esa inspiración y la asistencia de reacciones químicas catalíticas en soluciones, un equipo de la Escuela de Ingeniería Swanson de la Universidad de Pittsburgh ha diseñado una lámina bidimensional que cambia de forma y se mueve de forma autónoma en un fluido lleno de reactivo.
El artículo, "Diseño de hojas autopropulsadas, químicamente activas: envolturas, aletas y enredaderas", se publicó recientemente en la revista AAAS Avances científicos . El investigador principal es Anna C. Balazs, presidente de John A. Swanson y profesor distinguido de Ingeniería Química y del Petróleo en la Escuela Swanson. El autor principal es Abhrajit Laskar y el coautor es Oleg E. Shklyaev, ambos posdoctorales.asociados
"Durante mucho tiempo ha sido un desafío en química crear un objeto no vivo que se mueva por sí solo dentro de un entorno, lo que a su vez altera la forma del objeto, permitiéndole realizar tareas nuevas, como atrapar otros objetos", dijo el Dr.Balazs explicó: "Los investigadores han realizado previamente parches químicamente activos en una superficie que podría generar flujo de fluido, pero el flujo no influyó en la ubicación o la forma del parche. Y en nuestro propio laboratorio hemos modelado partículas esféricas y rectangulares quepuede moverse de forma autónoma dentro de una microcámara llena de líquido. Pero ahora tenemos este sistema integrado que utiliza una reacción química para activar el movimiento del fluido que simultáneamente transporta un objeto flexible y "esculpe" su forma, y todo sucede de forma autónoma ".
El grupo logró esta hazaña de autopropulsión y reconfiguración al introducir una capa de catalizadores en la lámina flexible, que es aproximadamente del ancho de un cabello humano. La adición de reactivos al fluido circundante inicia tanto el movimiento de la alfombra como los cambiosde su forma. "Hasta donde sabemos, esta es la primera vez que estas reacciones químicas catalíticas se han aplicado a láminas 2D para generar flujos que transforman estas láminas en objetos móviles en 3D", dijo el Dr. Balazs.
Además, al colocar diferentes catalizadores en áreas específicas de la lámina y controlar la cantidad y el tipo de reactivos en el fluido, el grupo creó una cascada útil de reacciones catalíticas donde un catalizador descompone un químico asociado, que luego se convierte en un reactivo parael siguiente del conjunto de reacciones catalíticas. Agregar diferentes reactivos y diseñar configuraciones apropiadas de la hoja permite una variedad de acciones: en este estudio, envolver un objeto, hacer un movimiento de aleteo y caer sobre obstáculos en una superficie.
"Un dispositivo microfluídico que contiene estas hojas activas ahora puede realizar funciones vitales, como transportar carga, agarrar un objeto suave y delicado o incluso arrastrarse para limpiar una superficie", dijo el Dr. Shklyaev. "Estas micro máquinas flexiblessimplemente convierta la energía química en reconfiguración y movimiento espontáneos, lo que les permite realizar un repertorio de trabajos útiles "
El Dr. Laskar agregó que si la hoja se corta en forma de flor de cuatro pétalos y se coloca en la superficie de un dispositivo microfluídico, la química de los pétalos se puede "programar" para abrir y cerrar individualmente, creando puertas querealizar operaciones lógicas, así como generar flujos de fluidos particulares para transportar partículas por todo el dispositivo.
"Por ejemplo, como el guante de un receptor, puede usar los pétalos de la flor para atrapar una bola microscópica y sostenerla por un tiempo finito, luego inicie una nueva reacción química en un conjunto diferente de pétalos para que la bola se mueva entre ellosen un juego de captura dirigido químicamente ", explicó el Dr. Laskar." Este nivel de control espacial y temporal permite reacciones y análisis por etapas que de otro modo no se podrían realizar con materiales no deformables ".
El grupo también experimentó con la colocación del catalizador en diferentes partes de la hoja para crear movimientos específicos. En un experimento, colocar el catalizador solo en el cuerpo de la hoja, en lugar de la cabeza y la cola, desencadenó un movimiento escalofriantesimilar al movimiento de un gusano de pulgada. En otra realización, cuando se colocaban obstáculos frente a la lámina recubierta, se caía sobre el obstáculo y continuaba moviéndose, lo que le permitía atravesar un terreno lleno de baches.
"Esta investigación nos da una idea más profunda de cómo la química puede impulsar la actuación y locomoción autónomas y espontáneas en dispositivos microfluídicos", dijo el Dr. Balazs. "Nuestra próxima tarea es explorar la microfabricación mediante el uso de la interacción y la autoorganización de múltiples hojasreunirlos en arquitecturas específicas diseñadas para realizar funciones complejas y coordinadas.Además, al experimentar con diferentes estímulos como el calor y la luz, podemos diseñar micro máquinas 3D móviles que adapten su forma y acción a los cambios en el entorno.El comportamiento receptivo es vital para crear la próxima generación de dispositivos robóticos ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Pittsburgh . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :