Músculos artificiales a partir de fibras de polímeros

Por: Iglesias Olivares Ana

Diferentes grupos de investigadores han encontrado formas de producir fibras de polímeros que pueden controlarse a través del calor, la electricidad o la química, y que podrían ser la base para el desarrollo de músculos artificiales.

Investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts1 han creado un sistema ligero y con respuesta rápida, basado en fibras creadas a partir de la combinación de dos polímeros con coeficiente de expansión térmica muy diferentes: un elastómero de copolímero cíclico muy estirable y un polietileno termoplástico mucho más rígido. Como resultado se obtuvo una fibra que al estirarse varias veces se transforma en una bobina apretada. Los investigadores observaron que un ligero aumento de la temperatura podía producir una fuerza de tracción fuerte de la fibra y que, al disminuir la temperatura, volvía a su longitud original. Encontraron que: a) el aumento de 1° C es suficiente para comenzar la contracción de la fibra, b) una sola fibra es capaz de levantar cargas de hasta 650 veces su propio peso, c) pueden agruparse, al igual que las fibras musculares del cuerpo, para proporcionar mayor fuerza, d) soportan tensiones de más de 1000%, conservando su resistencia durante miles de ciclos de uso. 

Mu y sus colegas2, describen otro tipo de fibra en la que la energía esta proporcionada por una funda de nanotubos de carbono (con sensibilidad electrotérmica) que enrolla materiales como hilos de nylon y bambú; dicha combinación de materiales, proporciona un mayor rendimiento de tracción y torsión. El poder contráctil de los músculos construidos a partir de estas fibras es 40 veces mayor que el del músculo humano.

Por su parte, Yuan y colaboradores3, investigadores de la Universidad de Bordeaux, desarrollaron un micromotor de alta energía compuesto por fibras de nanocompuestos con “memoria de torsión”, que se retuercen para almacenar energía, la cual puede liberarse después de un cambio de temperatura. Estas fibras nanocompuestas proporcionan una capacidad de trabajo 60 veces mayor que el músculo esquelético natural, y podrían ser ideales para mecanismos basados en rotaciones rápidas y potentes.

En el futuro, estas innovaciones a partir de fibras artificiales, podrían tener distintos usos como accionadores en brazos, piernas o pinzas robóticas, y en extremidades protésicas, debido a la necesidad de menor peso, poca energía y mucha potencia de reacción instantánea.

Referencias:

1. Kanik M, Orgue S, Varnavides G, Kim J, Benavides T, González D, Akintilo T, Tasan C, Chandrakasan A, Fink Y, Anikeeva P. Strain-programmable fiber-based artificial muscle. Science. 2019 Jul 12; 365(6449): 145-150.
2. Mu J, Andrade M, Fang S, Wang X, Gao E, Li N, Kim S, Wang H, Hou C, Zhang Q, Zhu M, Qian D, Lu H, Kongahage D, Talebian S, Foroughi J, Spinks G, Kim H, Ware T, Sim H, Lee D, Jang Y, Kim S, Baughman R. Sheath-run artificial muscles. Science. 2019 Jul 12; 365(6449): 150-155.
3. Yuan J, Neri W, Zakri C, Merzeau P, Kratz K, Lendlein A, Poulin P. Shape memory nanocomposite fibers for untethered high-energy microengines. Science. 2019 Jul 12; 365(6449): 155-158.