Científicos fabrican músculos artificiales de gran potencia con sedal e hilo de pescar

Un equipo internacional liderado por la Universidad de Texas (UT), en Dallas, Estados Unidos, ha descubierto que el sedal y el hilo de pescar común pueden convertirse a bajo precio en poderosos músculos artificiales. Los nuevos músculos pueden levantar cien veces más peso y generar un centenar de veces más energía mecánica por longitud y peso que los músculos humanos: 7,1 caballos de fuerza por kilogramo, aproximadamente la misma potencia mecánica que un motor a reacción.

En un artículo que se publica este viernes en la revista "Science", los investigadores explican que estos poderosos músculos se producen por la torsión y el bobinado de sedal e hilo de pescar de un polímero de alta resistencia. Los científicos del Instituto de Nanotecnología Alan G. MacDiarmid de UT trabajaron con la colaboración de expertos de Australia, Corea del Sur, Canadá, Turquía y China.

Los músculos son accionados térmicamente por cambios de temperatura, que pueden ser producidos eléctricamente, por la absorción de la luz o por la reacción química de los combustibles. Retorcer la fibra del polímero lo convierte en un músculo en torsión que puede girar un rotor pesado a más de 10.000 revoluciones por minuto. Una torsión adicional posterior, de modo que las bobinas de fibra de polímero parezcan una banda de goma muy retorcida, genera un músculo que se contrae de manera espectacular a lo largo de su longitud cuando se calienta y vuelve a su longitud inicial cuando se enfría. Si se enrosca en una dirección diferente a la del giro inicial de la fibra de polímero, los músculos se expanden cuando se calientan.

En comparación con los músculos naturales, que se contraen sólo un 20 por ciento, estos nuevos músculos pueden contraerse en aproximadamente un 50 por ciento de su longitud. "Las oportunidades de aplicación de estos músculos de polímeros son enormes --destaca uno de los autores, Ray Baughman, director del Instituto de Nanotecnología en UT Dallas--. Los robots actuales más avanzados humanoides, las prótesis y los exoesqueletos portátiles están limitados por los motores y los sistemas hidráulicos, cuyo tamaño y peso restringen la destreza, la generación de la fuerza y la capacidad de trabajo".

Baughman dijo que los músculos se podrían utilizar para aplicaciones en las que se buscan puntos fuertes sobrehumanos, tales como robots y exoesqueletos. Retorcer juntos un conjunto de sedales de pesca de polietileno, cuyo diámetro total es sólo alrededor 10 veces más grande que un cabello humano, produce un músculo de polímero enrollado que puede levantar 16 libras (7,2 kilogramos). Manejados en paralelo, de forma similar a como se configuran los músculos naturales, un centenar de estos músculos de polímeros podrían levantar alrededor de 0,8 toneladas, según calcula Baughman.

En el extremo opuesto, los músculos de polímeros enrollados que funcionan de manera independiente, que tienen un diámetro menor que un cabello humano, podrían producir expresiones faciales realistas a los robots humanoides de compañía para la tercera edad y apotarles destreza para la microcirugía robótica mínimamente invasiva. Además, podrían alimentar dispositivos para comunicar el sentido del tacto de los sensores en una mano robótica a distancia a una mano humana. "Hemos tejido textiles de músculos de polímeros cuyos poros reversibles se abren y cierran con los cambios de temperatura. Esto ofrece la posibilidad futura de ropa ajustada confortablemente", destaca Carter Haines, autor principal del estudio, quien comenzó su carrera como investigador en el laboratorio de Baughman como estudiante.

El equipo de investigación también ha demostrado la viabilidad de la utilización de los músculos accionados con el medio ambiente para abrir y cerrar automáticamente las ventanas de los invernaderos o edificios en respuesta a cambios de temperatura ambiente, eliminando así la necesidad de electricidad o motores ruidosos y costosos.