Micromotor inalámbrico de fibra trenzada
Investigadores del Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG) y de la Universidad de Burdeos han presentado en la revista `Science' un sistema de almacenamiento de energía de motor de gran eficiencia y tamaño micro. El'micromotor' está hecho de microfibras poliméricas, que son rígidas a temperatura ambiente. Cuando se calientan, las fibras se vuelven elásticas y se pueden torcer, como un avión en miniatura accionado por una goma elástica. Sin embargo, a diferencia de la banda elástica, cuando las fibras se enfrían, permanecen retorcidas hasta que se recalienta el micromotor. La energía almacenada cuando las fibras fueron torcidas es liberada, el extremo móvil comienza a girar y el"motor de microfibra" puede propulsar objetos.
Las microfibras de poli(alcohol vinílico) contienen láminas de óxido de grafeno. Las nanohojas refuerzan las fibras en la dirección del movimiento y permiten un sistema de almacenamiento de energía.
HZG/Oliver Gould
El"truco" de los investigadores para almacenar energía a alta densidad se basa en gran medida en endurecer el polímero con minúsculas láminas de óxido de grafeno. El autor principal, Jinkai Yuan de la Universidad de Burdeos, explica que "en nuestros experimentos el óxido de grafeno resultó ser superior a los nanotubos de carbono". La orientación favorable de las nanohojas en la dirección de torsión, así como su propia deformación, da como resultado un mayor momento de giro para las fibras con óxido de grafeno.
El profesor Andreas Lendlein, coautor del artículo"Science" y director del Instituto HZG de Ciencia de Biomateriales en Teltow, expone: "el número de vueltas, que puede ser realizado por el micromotor, y el rango de temperatura, en el que se activa el movimiento, puede ser predeterminado." La llamada'temperatura de conmutación', que debe ser superada para arrancar el motor, puede ajustarse dentro de un amplio rango. Está determinado principalmente por la temperatura a la que se torció la microfibra. Para el material de fibra investigado, el poli(alcohol vinílico), una temperatura de programación de 80 grados centígrados pareció ser ventajosa. A esta temperatura, más del 80% de los giros, programados por torsión, podían ser recuperados. Por otro lado, para futuras aplicaciones médicas también se podría seleccionar un polímero que cambie a temperatura corporal.
"Estos resultados son un paso importante hacia muchas aplicaciones, como los robots de microescala o los sistemas totalmente autónomos, en los que la programación podría llevarse a cabo con energía eólica, por ejemplo", según Andreas Lendlein.
Con su motor fácil de construir, los dos equipos de investigación de Burdeos y Teltow (cerca de Berlín) llenan un vacío en el mercado, ya que para muchas aplicaciones, un motor eléctrico es demasiado débil, demasiado grande, insuficientemente robusto, y requiere electricidad y cables de control. En intentos anteriores con fibras, la velocidad de rotación, el momento de giro y el ángulo de rotación eran demasiado pequeños. Sobre todo, la densidad de energía relacionada con el peso dejó mucho que desear. En el motor de microfibra, sin embargo, la densidad de energía es 60 veces mayor que en los músculos esqueléticos naturales.
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Publicación original
Jinkai Yuan et al.; "Shape memory nanocomposite fibers for untethered high-energy microengines"; Science; 12 Jul 2019: Vol. 365, Issue 6449, pp. 155-158
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