Los músculos artificiales obtuvieron ganancias significativas cuando un giro literal en el enfoque de desarrollo descubrió las capacidades de tracción o estiramiento de las fibras de polímero una vez que se retorcieron y se enrollaron en una geometría similar a un resorte. De manera similar a los poderosos zarcillos trepadores de las plantas de pepino,La geometría única le da a la bobina un movimiento de flexión cuando el material de fibra contrae una reacción que se puede controlar con calor. Ahora, los investigadores han mejorado aún más estas propiedades de tensión al enfocarse en las propiedades térmicas de la fibra de polímero y la estructura molecular que hace el mejor usode la configuración quiral.
En el artículo de portada que aparece esta semana en letras de física aplicada , de AIP Publishing, Guoqiang Li y su equipo en el Departamento de Ingeniería Mecánica e Industrial de la Universidad Estatal de Louisiana discuten cómo han desarrollado una nueva fibra que ofrece un mayor golpe de tracción y se activa o acciona a temperaturas de más de 100 grados Celsius más fríasque sus predecesores.
"Analizamos el principio detrás de por qué la fibra polimérica, a través de la torsión y el enrollamiento, puede comportarse de manera tan notable", dijo Li, explicando su metodología. Según Li, encontraron dos factores impulsores: la naturaleza de desenrollamiento de la fibra durante el accionamiento yel coeficiente negativo de expansión térmica NCTE .La fibra de polímero de memoria de forma bidireccional 2W-SMP que Li y su equipo desarrollaron abordaron estos dos factores.
Cuando se trata del desenrollado que impulsa esta arquitectura quiral sobre quiral a flexionarse y contraerse, el grupo de Li se centró en este tema a nivel molecular. Las respuestas reversibles del polímero 2W-SMP que las hacen ideales provienen de un producto estableRed molecular de enlaces cruzados químicos. La red proporciona cadenas de moléculas orientadas en el polímero cuya fusión y recristalización da lugar a las importantes características de memoria de la fibra.
La transición reversible de fusión / cristalización también proporcionó mejores propiedades de expansión térmica en comparación con las fibras estándar, donde la actuación proviene de la contracción intrínseca de los componentes del polímero en presencia de calor y relajación cuando se elimina el calor. La fibra 2W-SMPdemuestra expansión / contracción térmica en un orden de magnitud mayor que el NCTE de sus predecesores.
Al abordar estas dos características, las fibras producidas y probadas por Li en sus configuraciones musculares retorcidas y enrolladas mostraron una mayor actuación de tracción, pero también redujeron la temperatura necesaria para activar estas fibras musculares artificiales.
"La temperatura de actuación es muy alta en las fibras de polímero utilizadas previamente, por ejemplo, pueden alcanzar 160 grados C", dijo Li. "Para algunas aplicaciones, como dispositivos médicos, [la] temperatura de actuación es demasiado alta. Entoncesnecesitan encontrar una manera de bajarlo ". Eso es exactamente lo que hizo el grupo, informando temperaturas de actuación máximas de 67 C.
La baja temperatura es significativa cuando se considera una gran cantidad de aplicaciones relacionadas con la temperatura del cuerpo humano más allá de los dispositivos médicos, incluidos los textiles transpirables y los materiales de autocuración cuyas estructuras se adaptan a los cambios ambientales.
Li y su equipo aún enfrentan desafíos con el desempeño del trabajo específico de la fibra, así como la eficiencia en la conversión de energía térmica en actuación, y buscan abordar estos problemas en el trabajo futuro. Un enfoque potencial puede ser incorporar refuerzo conductivo en el materialcon nanotubos de carbono.
"Nuestro polímero es muy blando. Entonces, al agregar algo de refuerzo, como los nanotubos de carbono, tendríamos dos beneficios", dijo Li. "El primero lo convierte en un conductor, eso significa que también podemos usar electricidad y tenerladesencadenar el comportamiento muscular. El otro es que el nanotubo de carbono aumentará la rigidez. "Una mayor rigidez significa un mejor almacenamiento de energía para la fibra, lo que a su vez aumenta la eficiencia de conversión de energía".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física AIP . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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