Las capacidades de torsión y flexión del sistema muscular humano permiten un rango de movimiento variado y dinámico, desde caminar y correr hasta alcanzar y agarrar. Replicar algo aparentemente tan simple como agitar una mano en un robot, sin embargo, requiere una serie compleja demotores, bombas, actuadores y algoritmos. Investigadores de la Universidad de Pittsburgh y la Universidad de Harvard han diseñado recientemente un polímero conocido como elastómero de cristal líquido LCE que se puede "programar" para girar y doblar en presencia de luz.
La investigación, publicada en la revista Avances científicos fue desarrollado en la Escuela de Ingeniería Swanson de Pitt por Anna C. Balazs, Profesor Distinguido de Ingeniería Química y del Petróleo y John A. Swanson Presidente de Ingeniería; y James T. Waters, asociado postdoctoral y primer autor del artículo. Otros investigadores de HarvardEl Instituto Wyss de Ingeniería Biológica de la Universidad y la Escuela de Ingeniería John A. Paulson incluyen a Joanna Aizenberg, Michael Aizenberg, Michael Lerch, Shucong Li y Yuxing Yao.
Estas LCE particulares son aquirales: la estructura y su imagen especular son idénticas. Esto no es cierto para un objeto quiral, como una mano humana, que no se puede superponer con una imagen especular de sí mismo. En otras palabras, la mano derechano se puede convertir espontáneamente en una mano izquierda. Sin embargo, cuando el LCE aquiral se expone a la luz, puede girar de manera controlable y reversible hacia la derecha o hacia la izquierda, formando estructuras tanto para diestros como para zurdos.
"La quiralidad de las moléculas y los sistemas de materiales a menudo dicta sus propiedades", explicó el Dr. Balazs. "La capacidad de alterar dinámica y reversiblemente la quiralidad o conducir una estructura aquiral a una quiral podría proporcionar un enfoque único para cambiar las propiedades de unsistema dado sobre la marcha ". Sin embargo, hasta la fecha, alcanzar este nivel de mutabilidad estructural sigue siendo un desafío desalentador. Por lo tanto, estos hallazgos son emocionantes porque estos LCE son inherentemente achirales pero pueden volverse quirales en presencia de luz ultravioleta y volver aachiral cuando se quita la luz ".
Los investigadores descubrieron este comportamiento dinámico distintivo a través de su modelado por computadora de un poste microscópico LCE anclado a una superficie en el aire. Las moléculas los mesógenos que se extienden desde la columna vertebral LCE están alineadas a 45 grados con respecto a la superficie porun campo magnético; además, los LCE están entrecruzados con un material sensible a la luz ". Cuando simulamos iluminar una luz en una dirección, las moléculas de LCE se desorganizarían y todo el poste de LCE gira hacia la izquierda; brilleen la dirección opuesta y gira hacia la derecha ", describió el Dr. Waters. Estos resultados de modelado fueron corroborados por los resultados experimentales del grupo de Harvard.
Yendo un paso más allá, los investigadores usaron su modelo de computadora validado para diseñar postes LCE "quimera" donde las moléculas en la mitad superior del poste están alineadas en una dirección y están alineadas en otra dirección en la mitad inferior. Con la aplicaciónde luz, estas estructuras de quimera pueden doblarse y torcerse simultáneamente, imitando el complejo movimiento habilitado por el sistema muscular humano.
"Esto es muy parecido a cómo un titiritero controla una marioneta, pero en este caso la luz sirve como cuerdas, y podemos crear movimientos dinámicos y reversibles a través del acoplamiento de energía química, óptica y mecánica", dijo el Dr. Balazs ".Ser capaz de comprender cómo diseñar sistemas artificiales con esta integración compleja es fundamental para crear materiales adaptativos que puedan responder a los cambios en el entorno. Especialmente en el campo de la robótica suave, esto es esencial para construir dispositivos que exhiban un comportamiento dinámico y controlable sin elnecesidad de componentes electrónicos complejos "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Pittsburgh . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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