La elección es poco inspiradora en la tienda de comestibles. Pero ella lo muestra en la sección de guardería de la ferretería. Estimado Shazdes investigador de ingeniería de materiales en la Universidad de Queensland. La planta de pepino es un milagro.. Hace dos años, Aziz pasó por Bunnings Warehouse, una cadena de ferretería australiana, en busca de una planta de pepinos en particular. Ayer había notado sus característicos zarcillos, los delgados tallos que sobresalen de la planta en rollos de varios tamaños, que las plantas de pepino usan para llegar a las copas y levantarse hasta alcanzar la luz del sol. En la primera visita, las trenzas retorcidas estaban largas y sueltas. Pero cuando volví a la tienda al día siguiente eran décadas.Cuenta.
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Localizó a un empleado y le preguntó por qué se había cambiado el plano de planta con tanta frecuencia y rapidez. ¿Podría haber estado molesta? ¿O estaba enferma o muriendo? El número de fábrica acaba de pararse Responde a la humedad y al día caluroso.como un girasol que se orienta para seguir al sol: un fenómeno llamado zona tropical.
Inspiración que viene de la naturaleza
Como ingeniero, a Aziz le apasionaba la idea de un material natural que respondiera al entorno. Obtuve un doctorado Estoy estudiando músculos artificialesnuevos tipos de actuadores que forman parte de una máquina que, al igual que nuestros músculos, convierte los estímulos en movimiento y puede utilizarse para hacer Ropa eléctricaY Prótesis versátiles Y dispositivos de movilidad alimentados por electricidad, agua a presión o aire.
Los investigadores que trabajan en estos proyectos dibujan Inspiración de la naturalezaaunque sus dispositivos a menudo están hechos de materiales hechos por el hombre, como polímeros conductores o «Lformato de tarjeta de memoria«.
La opción de cambiar de forma en Bunnings Warehouse le dio una idea a Aziz: no solo puedes copiar la forma retorcida de una planta, Pero también su comportamiento independiente.?
Así, el investigador se sumergió en artículos académicos para conocer los zarcillos de los pepinos para este fin. ser capaz de decodificar su comportamiento. ¿Cómo se contrae y se expande? ¿Cómo trepan contra la gravedad? Lo encontré Las plantas en espiral forman almohadillas a un nivel más profundo que sus zarcillos. Las microfibrillas, hilos de fibras de celulosa microscópicas, se enrollan dentro de las células vegetales, que a su vez se enrollan dentro de los haces de células, que a su vez se enrollan en espirales de zarcillos.
Entonces Aziz decidió imitar esta microestructura Con un gatillo que presenta capa tras capa de giros, eso espero. Consigue un movimiento similar al movimiento de las plantas. Conocía el material adecuado para empezar: hilo. Los hilos son manojos de fibras fuertemente retorcidos. Los giros similares a plantas se incorporan a nivel molecular, y dado que el hilo es suave, envolverlo en múltiples capas es muy fácil.
Seis meses después, Aziz tenía un prototipo: Hilo de algodón envuelto e infundido con polímeros especiales que absorben y retienen agua, llamados hidrogeles. en un número Materiales avanzados En mayo, su equipo describió un proceso capaz de tradición Bobinas que se expanden y contraen a un nivel microscópico en plantas espirales, lo que demuestra que el resorte de alambre se contrae automáticamente cuando está húmedo o frío y fue Lo suficientemente potente como para mover objetos pequeños por sí solo.
ventajas de los robots
«Parece realmente imitar el comportamiento de las plantas».el reclama Heidi Feigenbaumun ingeniero mecánico de la Universidad del Norte de Arizona, que ha pareja Para diseños en los que las líneas de pesca retorcidas o los polímeros huecos se expanden y contraen como un músculo, pero no forman parte de un equipo querido. Él cree que los destornilladores son una bendición para la industria. Por la flexibilidad y fuerza que proporcionan.
El experimento de simulación del pepino es la primera evidencia de la hinchazón de la planta en el actuador y es parte de un movimiento hacia los robots «suaves», que usan actuadores construidos con materiales fluidos como tela, papel, fibras y polímeros, en lugar de juntas rígidas de metal. a favor de la destreza de los movimientos.
En situaciones donde la flexibilidad y un diseño de bajo perfil son importantes, la suavidad mejorará los bots. Además, el robot blando autónomo puede trabajar en lugares donde no hay suministro de energía ni personas.
“Para nuestro trabajo, el éxito consiste en demostrar que los materiales hechos por el hombre también pueden comportarse como organismos naturales, en este caso plantas”.dice Aziz. «Así que le hemos dado a los materiales hechos por el hombre un grado de inteligencia natural».
Girando por supuesto No puede moverse solo. Debe sumergirse en material adicional para que sea reactivo.
Aziz analizó sus pistas a través de tres soluciones diferentes. Uno, un hidrogel de alginato (sal de ácido algínico, ed.), habría permitido que el dispositivo absorbiera agua. Otro, un hidrogel de poliuretano, lo hizo menos frágil. La última capa era un revestimiento regulador de temperatura. Luego envuelve el cable alrededor de una varilla de metal para hacer un lazo como un zarcillo de pepino. El producto final Parece una primavera larga de color púrpura oscuro..
Su equipo probó las capacidades de «músculo» del cable en una serie de experimentos.
Luego preguntaron: ¿Este dispositivo podrá cerrar la ventana?
Naturalmente, El cable es demasiado frágil para mover una ventana de vidrio de tamaño completo.No importa cuántos roles pueda enviar. El equipo de Aziz luego creó una versión de plástico del tamaño de la palma de la mano. La ventana tenía dos paneles que podían juntarse para cerrarse como persianas. Han entretejido el pequeño músculo morado en ambas copas. con un chorrito de agua sosteniendo hilotirando de las persianas hasta que la ventana esté completamente cerrada.
Para Aziz, la belleza de esta microestructura es su reversibilidad.
Otros materiales de músculos artificiales […] A menudo se deforman de forma irreversible, lo que limita el uso repetido. En este caso, sin embargo, el expediente Puede contraerse o relajarse indefinidamente.en respuesta a las condiciones climáticas.
casos de uso
¿Cómo puede ser útil en el mundo real? Aziz piensa en dispositivos baratos que pueden Recopile datos ambientales o científicos en ubicaciones remotas con condiciones adversas O cambiable y donde la unidad es una ventaja […].
Los motores que se mueven sin aire comprimido ni baterías pueden ser útiles, dice Feigenbaum, pero depender del algodón y los hidrogeles para absorber agua o transferir calor lleva tiempo. El hilo puede tardar unos minutos en transformarse por completo: «Se parecen más a los zarcillos de una planta que a un músculo humano. En este caso, el funcionamiento es mucho más lento».El autor explica. En cambio, los músculos huecos de polímero tejido responden al aire o al agua a alta presión en una fracción de segundo.
Por ahora, se puede esperar un «rendimiento mucho más rápido» de estos controladores similares a los de fábrica, está de acuerdo. polina anikeeva, científico de materiales y neurocientífico del MIT, no participó en el nuevo trabajo. En 2019, Anikeeva criatura Los actuadores fabricados con fibras poliméricas «biformes» forman hélices bajo presión y se pueden utilizar para prótesis fuertes. Pudieron hacerlos contraerse en menos de un segundo cuando se calentaron y levantaron más de 600 veces su propio peso. En junio, su equipo transformó los músculos espirales en músculos diminutos. Los robots son guiados por imanes..
Pero el investigador imagina casos en los que los músculos a base de hidrogel como el de Aziz podrían ser útiles: «Los hidrogeles realmente funcionan en contextos biomédicos»dice Anikeeva. Se pregunta si podrían actuar como músculos artificiales que se implantarían en tejido humano real para ayudar a repararlo. El músculo a base de hidrogel podría coincidir con los mecanismos del cuerpo, especialmente si los ingenieros pudieran hacer que los motores respondieran a estímulos biológicos como nervios y músculos reales, en lugar de simplemente responder al agua o al calor.
Feigenbaum también prevé que en robótica, los músculos robóticos suaves podrían usarse para movimientos más creativos y naturales. Imagine el brazo robótico clásico, con un hombro unido a la parte superior del brazo, un codo unido a la parte inferior del brazo, etc.[…] El material más suave Ofrece mayor rango de movimiento y flexibilidad.Muévete en más direcciones y en más lugares de lo que permiten las articulaciones rígidas. Imagine el movimiento de una serpiente en comparación con la bisagra de una puerta: «Muchas de estas tecnologías robóticas blandas conducirán a robots que se parecerán menos a los cables».dice Aziz.
Aziz espera mejorar la carga y la respuesta muscular y tiene planes para crear Las versiones similares con polímeros se llaman termoplásticos. Esto asegura un mayor control sobre la temperatura a la que responden los actuadores. El equipo aún tiene que incorporar actuadores similares a plantas en cualquier robot, pero una vez que lo intenten, no se sabe qué tipo de nuevas puertas (o ventanas) podrán abrir.
