Un elastómero inteligente que puede auto

27 de enero de 2023

Este artículo ha sido revisado de acuerdo con el proceso editorial y las políticas de Science X. Los editores han resaltado los siguientes atributos al tiempo que garantizan la credibilidad del contenido:

verificado

publicación revisada por pares

fuente confiable

corregir

por Shiyang Tang, Universidad de Birmingham

Los materiales inteligentes son materiales que tienen la capacidad de cambiar sus propiedades en respuesta a estímulos externos específicos, como temperatura, humedad, luz o estrés aplicado. Uno de los ejemplos más conocidos de materiales inteligentes es la aleación con memoria de forma (SMA), que es un tipo de material metálico que puede cambiar de forma en respuesta a cambios de temperatura.

Otro ejemplo de materiales inteligentes incluye los materiales piezoeléctricos, que generan una carga eléctrica en respuesta a la tensión mecánica aplicada. Los materiales inteligentes tienen una amplia gama de aplicaciones potenciales, incluso en la ingeniería aeroespacial, automotriz, robótica, manufacturera y biomédica.

Los materiales de rigidez variable son un tipo de materiales inteligentes que tienen la capacidad de ajustar su rigidez o resistencia a la deformación en respuesta a estímulos externos. Esta propiedad permite que el material se adapte a condiciones cambiantes y mejore el rendimiento en una amplia gama de entornos.

Una de las principales ventajas de los materiales de rigidez variable es que pueden aumentar la eficiencia, seguridad y confiabilidad de los sistemas mecánicos. Por ejemplo, se pueden utilizar materiales de rigidez variable para crear brazos robóticos y pinzas que puedan adaptarse a diferentes objetos y entornos. Esto permite que el brazo robótico o la pinza maneje una variedad de objetos diferentes con diferentes formas, tamaños y pesos, lo que puede reducir la complejidad y aumentar la eficiencia general del sistema robótico.

Los materiales inteligentes innovadores con propiedades electromecánicas ajustables están revolucionando los campos de la fabricación, los dispositivos portátiles y la robótica. Sin embargo, hasta la fecha, aún no se ha logrado un material que pueda autoajustar inteligentemente sus propiedades eléctricas y mecánicas en respuesta a cambios ambientales y aprovechar las propiedades alteradas de forma sinérgica sin control externo.

Para llenar este vacío, un equipo de investigación colaborativo dirigido por el Dr. Shiyang Tang de la Universidad de Birmingham, junto con colaboradores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, la Universidad de Cambridge y la Universidad de Wollongong, desarrollaron un material inteligente llamado Elastómero de relleno híbrido metálico de Field (FMHE). El FMHE comprende rellenos híbridos de metal de Field (una aleación no tóxica de bajo punto de fusión) y micropartículas de níquel con púas incrustadas en una matriz de elastómero.

Esta investigación se informó en su artículo reciente publicado en Science Advances.

El FMHE creado por los investigadores puede responder tanto a tensiones mecánicas como a corrientes eléctricas, exhibiendo una conductividad eléctrica y rigidez variables y sintonizables sin control externo. La fusión y solidificación del metal de Field permite el cambio de rigidez. El FMHE también exhibe una piezoresistividad negativa no convencional y una alta sensibilidad a la deformación, con una resistividad que disminuye millones de veces tanto al comprimir como al estirar.

Al aprovechar estas propiedades de manera sinérgica, los investigadores demostraron dos aplicaciones en sistemas inteligentes y resilientes, con una mejora del rendimiento de más de un orden de magnitud en comparación con el estado de la técnica. La primera aplicación es un compensador de cumplimiento multieje autoactivado que puede proteger a los manipuladores robóticos de movimientos excesivos de compresión, flexión y torsión.

La segunda aplicación es un fusible limitador de corriente reiniciable que ofrece corrientes de fusión ajustables y supera significativamente a los productos comerciales en términos de compacidad, rango de corriente operativa y velocidad de respuesta.

"Estoy encantado de que nuestros experimentos y simulaciones hayan descubierto el mecanismo detrás del efecto piezorresistivo negativo y la conductividad ajustable, la sensibilidad a la deformación y la rigidez de este material inteligente. Espero que esta investigación sea el comienzo de más estudios sobre esta nueva familia de materiales. que tiene el potencial de revolucionar el desarrollo de la robótica y la electrónica inteligentes y resistentes", afirmó el Dr. Guolin Yun, primer autor del estudio.

"Estos materiales inteligentes con capacidad de respuesta automática no sólo ofrecen oportunidades de ahorro de costos, sino que también aumentan la confiabilidad al reducir la necesidad de sistemas de control complejos", afirmó el Dr. Shiyang Tang.

Este estudio proporciona un valor significativo a los campos de la fabricación, la robótica y la electrónica, lo que podría conducir al desarrollo de sistemas electromecánicos con rendimiento y funcionalidad mejorados.

Más información: Guolin Yun et al, Elastómeros con respuesta electromecánica con conductividad y rigidez autoajustables, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adf1141

Información de la revista:Avances científicos

Proporcionado por la Universidad de Birmingham