Los regalos inteligentes pronto se desenvolverán solos

Los actuadores a base de celulosa pueden programarse y repararse a sí mismos

29.11.2022 - Alemania

Con la ayuda de la fuente de rayos X de alto brillo PETRA III, un grupo de investigación germano-sueco ha desarrollado un nuevo material polimérico de celulosa que puede ser animado específicamente para moverse por la humedad, lo que lo convierte en un material base ideal para los Actuadores programables. Además, el material compuesto es también muy resistente al estiramiento y capaz de repararse a sí mismo, según informa el grupo en la revista científica "Advanced Functional Materials". El mecanismo de esta autorreparación, en particular, se investigó en PETRA III.

En la naturaleza, funciones y mecanismos fascinantes han prevalecido durante millones de años de evolución. En la investigación biónica, los científicos tratan de copiar y reproducir estos métodos eficaces de la naturaleza. Por ejemplo, en los sensores o actuadores biónicos, elementos activos que -controlados por una señal- pueden conmutar o mover algo. Los actuadores modernos deben ser programables, muy robustos y capaces de hacer frente a una amplia gama de condiciones de trabajo.

El equipo de investigación, con miembros del Real Instituto Tecnológico de Estocolmo (KTH), el DESY y el Centro Helmholtz de Investigación de Iones Pesados, ha producido ahora una fina película de nanofibras de celulosa con dos tipos de polímeros, siguiendo el ejemplo del tejido biológico. Para ello, mezclaron alcohol polivinílico (PVA) y sulfonato de poliestireno (PSS) con las fibrillas de celulosa y vertieron la solución en una placa de vidrio. Cuando se secó, se formó una película circular en la que se formó una tupida red de enlaces químicos y físicos. "Es el poliestireno sulfonato en particular el que hace que la película sea extremadamente estirable y resistente", afirma el científico del DESY Qing Chen, primer autor del estudio. "Este ingrediente de la solución puede ampliarse mezclando colorantes alimentarios, lo que la hace más colorida y diversa".

De esta película se pueden cortar trozos de hasta varios centímetros, que se doblan cuando se exponen a la humedad. "En principio, podemos hacer un papel de envolver activo con este material", dice Stephan Roth (DESY y KTH), jefe de la línea de luz P03 de PETRA III y coautor del estudio, "sólo hay que rociar algo de humedad sobre él, y se desenvuelve solo".

Pero una cosa es el papel de envolver o los toldos que se enrollan cuando empieza a llover; la novedosa película de polímero de celulosa tiene un potencial mucho mayor, por ejemplo como sensor de humedad o interruptor. En cierto modo, los dispositivos son programables: la dirección de flexión, la velocidad de flexión y la curvatura de las películas pueden adaptarse controlando la geometría de las muestras antes de cortarlas.

La estación final de nanoenfoque de la línea de luz P03 de PETRA arrojó luz especialmente sobre la resistencia al desgarro y la autorreparación del material. Los experimentos de estiramiento por tracción se realizaron en el KTH de Suecia. Cuando las películas se estiraron más allá de la tensión de fluencia, la deformación se conservó en muestras estáticas y se examinó mediante experimentos de dispersión de rayos X de ángulo ultrapequeño en P03. Los experimentos de autorreparación se realizaron con la ayuda de una cámara de control de la humedad en la misma estación experimental. Al cambiar el entorno de humedad de las muestras deformadas con vapor de agua, los investigadores pudieron observar cómo se reparaban los enlaces químicos de los materiales, reduciendo así el área lesionada de las muestras. "Los mecanismos de autorreparación hacen que este material sea realmente único", subraya Chen.

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Publicación original

Cellulose-Reinforced Programmable and Stretch-Healable Actuators for Smart Packaging; Qing Chen, Benedikt Sochor, Andrei Chumakov, Marie Betker, Nils M. Ulrich, Maria E. Toimil-Molares, Korneliya Gordeyeva, L. Daniel Söderberg, Stephan V. Roth; „Advanced Functional Materials“, 2022

https://www.quimica.es/noticias/1178656/los-regalos-inteligentes-pronto-se-desenvolveran-solos.html