Estás leyendo la publicación: Investigadores crean cilios artificiales autopropulsados
Investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS) han desarrollado con éxito un cilio artificial programable y autopropulsado. El nuevo avance se produce después de años de que los científicos intentaran diseñar diminutos cilios artificiales para sistemas robóticos en miniatura. Los cilios artificiales podrían ayudar a estos sistemas robóticos a realizar movimientos muy complejos, como doblarse, torcerse e invertirse.
La investigación fue publicada en Naturaleza.
Construcción de Microestructuras
Tradicionalmente, la construcción de microestructuras requiere procesos de fabricación de varios pasos y varios estímulos para crear movimientos complejos, lo que ha limitado sus aplicaciones a gran escala.
Las estructuras a escala micrométrica recientemente desarrolladas podrían usarse para muchas aplicaciones, incluida la robótica blanda, los dispositivos médicos biocompatibles y el cifrado dinámico de información.
Joanna Aizenberg es profesora de ciencia de materiales de Army Smith Berylson y profesora de química y biología química en SEAS. También es la autora principal del artículo.
“Las innovaciones en materiales adaptables autorregulados que son capaces de un conjunto diverso de movimientos programados representan un campo muy activo, que está siendo abordado por equipos interdisciplinarios de científicos e ingenieros”, dijo Aizenberg. “Los avances logrados en este campo pueden afectar significativamente la forma en que diseñamos materiales y dispositivos para una variedad de aplicaciones, incluidas la robótica, la medicina y las tecnologías de la información”.
Permitir que la estructura se reconfigure y propulse
Si bien la investigación anterior involucró materiales multicomponentes complejos para lograr los elementos estructurales de estos sistemas, el nuevo equipo diseñó un pilar de microestructura hecho de un solo material. Este material único es un elastómero de cristal líquido fotorreactivo, que permite que los bloques de construcción se realineen y que la estructura cambie de forma cuando la luz incide en la microestructura.
Cuando se produce el cambio de forma, lo primero que sucede es que el punto donde incide la luz se vuelve transparente, lo que permite que la luz penetre más profundamente en el material y provoque aún más deformaciones. Después de eso, el material se deforma y la forma cambia, lo que significa que un nuevo punto en el pilar queda expuesto a la luz y también cambia de forma.
Este proceso permite que la microestructura se impulse en un ciclo de movimiento.
Shucong Li es estudiante de posgrado en el Departamento de Química y Biología Química de Harvard, así como coautor del artículo.
“Este ciclo de retroalimentación interna y externa nos brinda material autorregulador. Una vez que enciendes la luz, hace todo su trabajo”, dijo Li.
Luego, el material vuelve a su forma original cuando la luz se apaga. Debido a que el material puede torcerse y cambiar de movimiento con su forma, las estructuras más simples se pueden reconfigurar y ajustar con infinitas posibilidades.
Michael M. Lurch es becario postdoctoral en Aizenberg Lab y coautor principal del artículo.
“Demostramos que podemos programar la coreografía de esta danza dinámica adaptando una variedad de parámetros, que incluyen el ángulo de iluminación, la intensidad de la luz, la alineación molecular, la geometría de la microestructura, la temperatura y los intervalos y la duración de la irradiación”, dijo Lerch.
El equipo también demostró cómo los pilares interactúan entre sí como parte de una matriz.
“Cuando estos pilares se agrupan, interactúan de formas muy complejas porque cada pilar que se deforma proyecta una sombra sobre su vecino, que cambia a lo largo del proceso de deformación”, dijo Li. “Programar cómo estas autoexposiciones mediadas por sombras cambian e interactúan dinámicamente entre sí podría ser útil para aplicaciones como el cifrado dinámico de información”.
“El vasto espacio de diseño para movimientos individuales y colectivos es potencialmente transformador para la robótica blanda, los microcaminantes, los sensores y los sistemas robustos de encriptación de información”, agregó Aizenberg.
La investigación también incluyó a los coautores James T. Waters, Bolei Deng, Reese S. Martens, Yuxing Yao, Do Yoon Kim, Katia Bertoldi, Alison Grinthal y Anna C. Balazs.
