Un equipo internacional de investigadores del Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes (MPI-IS) en Stuttgart, Alemania, la Universidad Johannes Kepler (JKU) en Linz, Austria, y la Universidad de Colorado (CU Boulder), Boulder, EE. llevó la sostenibilidad a la vanguardia de la robótica blanda.
Juntos, desarrollaron un músculo artificial de alto rendimiento totalmente biodegradable hecho de gelatina, aceite y bioplásticos.
Los científicos demostraron el potencial de esta tecnología innovadora usándola para animar una pinza robótica, particularmente beneficiosa para aplicaciones de un solo uso, como la recolección de residuos.
Estos “músculos artificiales” se pueden desechar en contenedores de compost municipales y se biodegradan completamente en seis meses bajo condiciones controladas.
Ellen Rumley, científica visitante de CU Boulder que trabaja en el Departamento de Materiales Robóticos de MPI-IS y coautora del artículo, enfatiza la importancia de integrar los materiales sostenibles en la robótica blanda:
“Las piezas biodegradables podrían ofrecer una solución sostenible, especialmente para aplicaciones de un solo uso, como operaciones médicas, misiones de búsqueda y rescate y manipulación de sustancias peligrosas. En lugar de acumularse en vertederos al final de la vida útil del producto, los robots del futuro podrían convertirse en abono para el crecimiento futuro de las plantas”.
Desarrollo de músculos artificiales biodegradables
Los investigadores crearon un músculo artificial accionado eléctricamente llamado HASEL (Actuadores electrostáticos autocurativos amplificados hidráulicamente). Los HASEL son bolsas de plástico llenas de aceite parcialmente cubiertas por un par de conductores eléctricos llamados electrodos.
Cuando se aplica un alto voltaje a través del par de electrodos, se acumulan cargas opuestas, generando una fuerza que empuja el aceite hacia una región libre de electrodos de la bolsa. Esta migración de aceite hace que la bolsa se contraiga, de forma similar a un músculo real.
Para que los HASEL se deformen, los materiales utilizados para la bolsa de plástico y el aceite deben ser aislantes eléctricos capaces de soportar las altas tensiones eléctricas generadas por los electrodos cargados.
Un desafío clave fue desarrollar un electrodo conductor, suave y completamente biodegradable. Los investigadores de JKU crearon una receta utilizando una mezcla de gelatina de biopolímero y sales que se podían verter directamente en los actuadores HASEL.
David Preninger, coautor de este proyecto y científico de la División de Física de la Materia Blanda de JKU, explica:
“Era importante para nosotros fabricar electrodos adecuados para estas aplicaciones de alto rendimiento, pero con componentes fácilmente disponibles y una estrategia de fabricación accesible”.
Rendimiento eléctrico y plásticos biodegradables
El siguiente obstáculo fue identificar los plásticos biodegradables apropiados. Los ingenieros suelen priorizar factores como la tasa de degradación y la resistencia mecánica sobre el aislamiento eléctrico, un requisito para los HASEL que funcionan a varios miles de voltios.
Sin embargo, ciertos bioplásticos demostraron una buena compatibilidad material con los electrodos de gelatina y suficiente aislamiento eléctrico.
Una combinación de materiales específica permitió que los HASEL resistieran 100.000 ciclos de activación a varios miles de voltios sin fallas eléctricas ni pérdida de rendimiento.
Estos músculos artificiales biodegradables son electromecánicamente competitivos con sus contrapartes no biodegradables, lo que promueve la sustentabilidad en la tecnología de músculos artificiales.
Ellen Rumley cita sobre el impacto de su investigación:
“Al mostrar el desempeño sobresaliente de este nuevo sistema de materiales, estamos brindando un incentivo para que la comunidad de robótica considere los materiales biodegradables como una opción de material viable para construir robots. Esperamos que el hecho de que hayamos logrado tan buenos resultados con bioplásticos también motive a otros científicos de materiales a crear nuevos materiales con un rendimiento eléctrico optimizado en mente”.
Perspectivas futuras y aplicaciones
El desarrollo de músculos artificiales biodegradables abre nuevas puertas para el futuro de la robótica. Al incorporar materiales sostenibles en la tecnología robótica, los científicos pueden reducir el impacto ambiental de los robots, particularmente en aplicaciones donde prevalecen los dispositivos de un solo uso.
El éxito de esta investigación allana el camino para la exploración de componentes más biodegradables y el diseño de robots totalmente ecológicos.
Las aplicaciones potenciales de los robots blandos biodegradables se extienden más allá de la recolección de desechos y las operaciones médicas.
Estos robots podrían usarse en monitoreo ambiental, agricultura e incluso electrónica de consumo, reduciendo la carga de los vertederos y contribuyendo a una economía circular.
A medida que continúa la investigación, el equipo planea refinar aún más los materiales y procesos utilizados para crear músculos artificiales biodegradables. Al colaborar con otros expertos en ciencia de materiales y robótica, su objetivo es desarrollar nuevas tecnologías que impulsarán el campo de la robótica blanda sostenible.
Los investigadores esperan fomentar la adopción de materiales biodegradables en diversas industrias, fomentando así un enfoque más ecológico para el desarrollo tecnológico.
El trabajo innovador de este equipo de investigación internacional representa un paso vital hacia un futuro más sostenible para la robótica blanda. Al demostrar la viabilidad y el rendimiento de los músculos artificiales biodegradables, allanan el camino para nuevos avances en tecnología ecológica e inspiran a la comunidad de robótica a considerar alternativas sostenibles para sus creaciones.