Los músculos artificiales impulsarán los robots blandos y los dispositivos portátiles del futuro. Pero es necesario entender más sobre la mecánica subyacente de estas poderosas estructuras para diseñar y construir nuevos dispositivos.
Ahora, investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas SEAS John A. Paulson de Harvard han descubierto algunas de las propiedades físicas fundamentales de las fibras musculares artificiales.
"Los filamentos finos y blandos que se pueden estirar, doblar, torcer o cortar fácilmente son capaces de deformaciones extremas que conducen a estructuras en forma de nudos, trenzas o bucles que pueden almacenar o liberar energía fácilmente", dijo L. Mahadevan,la Lola England de Valpine, profesora de Matemática Aplicada, de Biología Organística y Evolutiva, y de Física. "Esto ha sido explotado por varios grupos experimentales recientemente para crear fibras musculares artificiales prototípicas. Pero cómo la topología, geometría y mecánica de estos delgadoslas fibras se unen durante este proceso no estaba completamente claro. Nuestro estudio explica los principios teóricos que subyacen a estas transformaciones de forma y arroja luz sobre los principios de diseño subyacentes ".
"Las fibras blandas son la unidad básica de un músculo y podrían usarse en todo, desde robótica hasta textiles inteligentes que pueden responder a estímulos como el calor o la humedad", dijo Nicholas Charles, estudiante de doctorado en Matemática Aplicada y primer autor del artículo."Las posibilidades son infinitas si entendemos el sistema. Nuestro trabajo explica la compleja morfología de las fibras suaves, fuertemente estiradas y retorcidas y proporciona pautas para los mejores diseños".
La investigación se publica en Cartas de revisión física .
Las fibras o filamentos blandos se pueden estirar, esquilar, doblar o torcer. La forma en que estas diferentes acciones interactúan para formar nudos, trenzas y hélices es importante para el diseño de actuadores suaves. Imagine estirar y torcer una banda de goma tan apretada comousted puede. A medida que el giro se vuelve más y más apretado, parte de la banda saldrá del avión y comenzará a girar alrededor de sí misma en una bobina o nudo. Estas bobinas y bucles, en la forma correcta, se pueden aprovechar para accionar la fibra anudada.
Los investigadores encontraron que diferentes niveles de estiramiento y torsión dan como resultado diferentes tipos de formas complejas no planas. Caracterizaron qué formas conducen a bucles retorcidos, cuáles a bobinas apretadas y cuáles a una mezcla de los dos.El estiramiento es importante para formar bobinas, ya que estas formas son las más estables bajo estiramiento y modelan cómo se pueden usar tales bobinas para producir trabajo mecánico.
"Esta investigación nos brinda una forma simple de predecir cómo responderán los filamentos blandos a las torsiones y estiramientos", dijo Charles.
"En el futuro, nuestro trabajo también podría ser relevante en otras situaciones que involucren filamentos enredados, como en rizos de cabello, dinámica de polímeros y la dinámica de líneas de campo magnético en el sol y otras estrellas", dijo Mahadevan.
Esta investigación fue en coautoría de Mattia Gazzola, profesora asistente de Ciencias e Ingeniería Mecánica de la Universidad de Illinois y ex miembro del grupo. Fue apoyada en parte por la National Science Foundation.
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Materiales proporcionado por Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences . Original escrito por Leah Burrows. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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