MUSCULOS ARTIFICIALES DE OXIDO DE VANADIO
Lo que hasta ahora no ha pasado de
ser un argumento para historias de ciencia ficción podía acercarse un poco más
a la realidad en los próximos años, al menos los cimientos ya se han puesto
para ello. Un superrobot, de cualidades físicas muy superiores a las de un ser
humano, particularmente en lo que se refiere a la fuerza, es la especulación
más fantástica que se viene a la cabeza al conocer la investigación que ha
tenido lugar en el Laboratorio Nacional de Lawrence Berkeley, perteneciente al
Departamento de Energía de Estados Unidos.
Científicos de este centro se han
servido de un novedoso material capaz de proporcionar unas propiedades
asombrosas a una musculatura artificial. La clave está en el dióxido de
vanadio, un compuesto ya conocido antes por la industria de la electrónica, pero
al que se le ha sacado un nuevo partido. Gracias a sus propiedades, el conjunto robótico puede cambiar la
forma de su estructura dependiendo de la temperatura que se le
aplique.
De esta manera, los músculos
robóticos adquieren capacidad de torsión, además de poder cambiar su tamaño, adaptándolo al trabajo
que tengan que realizar. Debido a estas características los investigadores calculan que la fuerza desplegada por
una musculatura artificial de este tipo puede ser 1000 veces superior a la que
podría ejercer el equivalente de un ser humano.
Figura 1. Deposición del dióxido de Vanadio.
Los músculos robóticos pueden
levantar objetos que fueran 50 veces su peso y cinco veces su longitud, todo
ello a una velocidad de tan sólo 60 milisegundos. El dióxido de vanadio actúa
como aislante a bajas temperaturas y como conductor de electricidad a altas
temperaturas. Precisamente en esta propiedad descansa su capacidad para
desplegar una fuerza mucho mayor a la aparente.
Figura 2. alegoría entre un musculo humano y un musculo artificial.
Cuando el dióxido de vanadio
se calienta una de sus dimensiones se contrae, pero al mismo tiempo las otras dos restantes se expanden,
dando lugar a una transformación significativa de su estructura. Por el momento
el diseño de estos músculos robóticos se ha dado a tamaños reducidos, pero los
científicos participantes en la investigación confían en que el conocimiento
pueda usarse para construir mecanismos más complejos e incluso simular un
sistema neuromuscular.
Avances de este tipo abren muchas
puertas a la robótica, que se encuentra constreñida
por las limitaciones físicas dictadas por los materiales con
los que trabajan los científicos. Una investigación de la Universidad Nacional
de Singapur ha remado en la misma dirección, pues ha creado un método para
construir músculos robóticos capaces de levantar 80 veces su peso.
Cuando se calienta a más de 67 grados Celsius, el dióxido de vanadio se transforma de un aislador a un metal, proceso que es acompañado de una transición de fase estructural que encoge el material en una dimensión mientras que lo expande en las otras dos. Durante décadas los investigadores han discutido si una de estas transiciones de fase impulsa la otra o si son fenómenos separados, que casualmente se producen a la misma temperatura.
Se dilucidó esta cuestión en el trabajo publicado en Physical Review Letters, en el que él diversos científicos aislaron las dos transiciones de fase en nanocables de dióxido de vanadio de un solo cristal y demostraron que son separables, y se pueden manejar de forma independiente. Sin embargo, el equipo se encontró con dificultades en los experimentos cuando los nanocables se separaban de sus electrodo de contacto durante la transición de fase estructural.
Figura 3. Cambio de estado de Dióxido de vanadio.
“En la transición, el cable se reduce de 100 micras de longitud a aproximadamente 1 micra, lo cual fácilmente puede romper el contacto”, dice WU quien tiene una doble posición como profesor en el departamento de la Universidad de Berkeley de Ciencias de los Materiales y de Ingeniería. “Así que empezamos a hacernos la pregunta: esto es malo, pero ¿podemos sacar algo bueno de esto? Y el actuador fue la aplicación natural”.
Para tomar ventaja de la contracción, los investigadores fabricaron una tira de dióxido de vanadio con una capa metálica de cromo en la parte superior. Cuando la tira se calienta por medio de una pequeña corriente eléctrica o un rayo de luz láser, se contrae el dióxido de vanadio y curva toda la tira como si fuese un dedo.
FRANCISCO CARRO DE LORENZO
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