Convirtiendo la Contaminación en Robots
Cada año, la refinación del petróleo genera decenas de millones de toneladas métricas de azufre elemental como subproducto. La gran mayoría de este azufre se almacena en enormes bloques cerca de las refinerías o se utiliza en aplicaciones industriales limitadas como la producción de fertilizantes. Representa uno de los problemas de gestión de residuos más visibles de la industria petrolera.
Un equipo de investigación coreano ha encontrado una forma de transformar este flujo de residuos industriales en robots suaves totalmente reciclables que se mueven autónomamente. Utilizando un método de impresión 4D demostrado por primera vez, el equipo dirigido por Dr. Dong-Gyun Kim del Korea Research Institute of Chemical Technology, Profesor Jeong Jae Wie de Hanyang University, y Profesor Yong Seok Kim de Sejong University ha producido una nueva clase de material que reúne sostenibilidad y robótica de punta de forma inesperada.
¿Qué es la Impresión 4D?
La impresión 3D estándar produce objetos estáticos — formas fijadas después del proceso de impresión. La impresión 4D añade una cuarta dimensión: el tiempo. Los objetos creados mediante impresión 4D están diseñados para cambiar su forma, estructura o propiedades después de la fabricación cuando se exponen a desencadenantes ambientales específicos. El resultado es un objeto impreso que no es un producto terminado sino un material programado que se comporta dinámicamente en respuesta a su entorno.
El equipo coreano hizo esto posible al diseñar una nueva clase de polímero rico en azufre llamado redes de poly(fenileno polisulfuro), o PSN. Estos polímeros se sintetizan a partir de azufre elemental y moléculas aromáticas pequeñas a través de una reacción llamada vulcanización inversa — un proceso que convierte la forma inestable y cristalina del azufre en un polímero estable y amorfo con propiedades mecánicas programables.
Cómo se Mueven los Robots
Los materiales PSN son estimulo-receptivos — cambian sus dimensiones físicas o comportamiento mecánico cuando se exponen a desencadenantes externos. El equipo demostró respuesta a tres estímulos diferentes: calor, luz (a través de conversión fototérmica) y campos magnéticos cuando se mezclan con nanopartículas magnéticas.
Al diseñar la geometría de estructuras PSN impresas en 4D y elegir dónde se colocan diferentes composiciones de material dentro de esas estructuras, los investigadores pueden programar secuencias de deformación específicas — el robot se encrespa cuando se calienta, se endereza cuando se enfría, se dobla hacia un campo magnético. Estos comportamientos mecánicos programados, combinados con la capacidad del material para deformación grande y reversible, producen locomoción autónoma cuando el robot se coloca en un ambiente apropiado.
La Ventaja de la Reciclabilidad
Una de las propiedades más comercial y ambientalmente significativas de los robots suaves basados en PSN es su reciclabilidad. A diferencia de elastómeros convencionales utilizados en robótica suave, las redes PSN contienen enlaces azufre-azufre covalentes dinámicos que pueden escindirse y reformarse bajo condiciones apropiadas. Un robot PSN dañado o al final de su vida útil puede disolverse, reprocesarse e imprimirse nuevamente sin pérdida significativa de material — un ciclo de vida material genuinamente circular.
La combinación de una materia prima derivada de residuos y un ciclo de vida de material reciclable le da a la plataforma PSN un perfil de sostenibilidad inusual en investigación de materiales avanzados. La mayoría de los materiales de alto rendimiento implican componentes raros o difíciles de reciclar; el enfoque PSN construye rendimiento a partir de un flujo de residuos abundante y preserva ese material en forma recuperable durante todo el ciclo de vida del producto.
Aplicaciones Potenciales
La robótica suave — robots construidos con materiales flexibles y deformables en lugar de estructuras rígidas — tiene aplicaciones donde los robots convencionales no son adecuados. Los dispositivos médicos mínimamente invasivos que navegan a través de cavidades corporales, los agarradores que manipulan objetos delicados sin daño, los robots de inspección que pasan por espacios confinados irregulares, y los robots de búsqueda y rescate que se deforman para caber a través de escombros son todas áreas activas de desarrollo de robótica suave. La capacidad autónoma de respuesta de la plataforma PSN a estímulos ambientales, combinada con su reciclabilidad y materia prima derivada de residuos, la posiciona como una contribución potencialmente significativa a este campo.
Este artículo se basa en reportajes de Interesting Engineering. Lea el artículo original.
Originally published on interestingengineering.com