Robots con músculos de cebolla dorada

Imagina un robot. El que quieras y de la clase que sea, real o inventado, trabajando en una fábrica o un héroe de película, da igual. ¿De qué está hecho? Muy probablemente responderás que de piezas metálicas de aleaciones supersecretas, tal vez plástico en forma de polímeros de última generación, puestos a ponerle exotismo puede que hasta de grafeno u otro supermaterial. Eso sí, es casi seguro que no mencionarás la piel de cebolla como parte fundamental de su estructura. Puede que eso cambie cuando termines de leer esto.

Un grupo de investigadores, encabezado por Chien-Chun Chen, del Instituto de Mecánica Aplicada de Taiwán, ha creado un músculo artificial a partir de piel de cebolla chapada en oro. Las aplicaciones en robótica y en el desarrollo de la siguiente generación de prótesis humanas podrían ser importantes. Publican sus resultados en Applied Physics Letters.

Lo importante es que este músculo artificial se basa en algo que se puede obtener muy fácilmente

Hay una parte de la investigación en robótica que se conoce como soft-robotics, que intenta aprender de dispositivos biológicos e imitarlos. En este campo la investigación en músculos artificiales está experimentando un gran crecimiento ya que se buscan continuamente nuevas formas de interactuar y manipular el entorno, ya sea mediante implantes médicos o usando robots industriales. Estas tecnologías se basan habitualmente en polímeros artificiales o en cilindros neumáticos, pero en los últimos tiempos la atención se ha centrado en polímeros naturales muy abundantes, como la celulosa.

El grupo de Chen estaba precisamente iniciando una investigación en este campo cuando hicieron un extraño descubrimiento. Los investigadores estaban intentando construir una estructura polimérica para un músculo artificial cuando se dieron cuenta de que lo que querían hacer y la estructura reticular de las células de cebolla eran algo muy parecido. Decidieron usar células de cebolla.

La estructura reticular en una sola capa, vacía, de la piel de cebolla la convierte en un actuador muscular eficaz, pudiendo contraerse y relajarse. Pero la presencia de hemicelulosa en la pared celular impide que sea blanda y elástica, por lo que el equipo la eliminó pretratando la piel de cebolla con ácido sulfúrico y liofilizándola después (una técnica ya empleada por los incas para conservar los alimentos).

En conjunto el sistema se contrae y relaja como si fuese músculo humano.

Tras depositar unas finas capas de oro de diferentes espesores a cada lado de las células, los investigadores aplicaron un voltaje. A voltajes bajos, 0 – 50 V, las células se relajaban y se doblaban por su peso, pero se contraían y se doblaban en sentido opuesto si el voltaje estaba entre los 50 y los 1000 V. En conjunto, el sistema se contrae y relaja como si fuese músculo humano.

La flexión es tan pronunciada en ambas direcciones que Chen y sus colegas pudieron construir herramientas sencillas hechas con este músculo artificial. Por ejemplo, unas tenazas capaces de coger y mover una pequeña bola de algodón de 0,1 mg. El músculo también puede vibrar y será interesante ver si puede usarse para emitir ondas acústicas.

Lo importante de este trabajo es que este músculo artificial se basa en algo que se puede obtener muy fácilmente, que es natural y biodegradable, y que no requiere un procesado ni largo ni complejo para obtener un actuador operativo. Muchos grupos de investigación podrán usarlo rápidamente, y puede que un futuro no muy lejano los robots de las películas y las nuevas prótesis humanas tengan movimientos más naturales gracias a los músculos de piel de cebolla.

Referencia:  Chien-Chun Chen, Wen-Pin Shih, Pei-Zen Chang, Hsi-Mei Lai, Shing-Yun Chang, Pin-Chun Huang & Huai-An Jeng (2015) Onion artificial muscles Appl. Phys. Lett. DOI: 10.1063/1.4917498 

* Este artículo es parte de ‘Proxima’, una colaboración semanal de la Cátedra de Cultura Científica de la UPV con Next. Para saber más, no dejes de visitar el Cuaderno de Cultura Científica.