01-mar-2023 (Noticias de Nanowerk) Los robots clásicos, como los que se utilizan para la fabricación, pueden levantar cargas pesadas y repetir procesos automatizados con precisión. Pero son demasiado rígidos y voluminosos para el trabajo delicado y la interacción con los humanos. El campo de investigación de la robótica blanda trabaja en el desarrollo de robots fabricados con materiales orgánicos blandos y componentes técnicos flexibles. Investigadores de materiales de la Universidad de Kiel han desarrollado ahora un nuevo material conductor suave. A diferencia de los conductores blandos convencionales, muestra propiedades eléctricas notablemente estables incluso después de la deformación. La razón de esto es la estructura especial del material y un recubrimiento de película delgada aislante nanoscópico. El equipo de investigación publica sus resultados en el número actual de la revista científica Materiales funcionales avanzados (“Conductores blandos completamente orgánicos, altamente estables al agua, invariantes a la deformación, basados ​​en estructuras ultraligeras de estructura similar a la espuma de múltiples capas”). La ilustración esquemática muestra cómo se comprime la estructura básica del material sin destruirla. (Imagen: Uni Kiel)

Resistencia eléctrica constante incluso durante la deformación

A diferencia de los robots clásicos, los humanos y los animales pueden realizar movimientos fluidos y finos y adaptarlos a su entorno. Inspirada en la naturaleza, la robótica blanda se basa, por lo tanto, en materiales orgánicos elásticos hechos de carbono en lugar de metales rígidos convencionales. Además, los robots “suaves” necesitan conductores eléctricos elásticos para la comunicación entre sus sensores y actuadores. “Los conductores convencionales hechos de metal conducen bien la electricidad, por supuesto, pero son demasiado rígidos para los componentes flexibles. Al deformarse, cambian su resistencia eléctrica y esto afecta su uso en robótica blanda”, dice el Dr. Fabian Schütt, jefe del grupo de investigación junior “Ingeniería de materiales multiescala” en la Cátedra de Nanomateriales Funcionales de la Universidad de Kiel. Por el contrario, la resistencia del material, que Schütt desarrolló junto con sus colegas del Instituto de Ciencias de los Materiales de la Universidad de Kiel, permanece constante cuando se deforma. “Tanto las propiedades eléctricas como las mecánicas iniciales se conservan durante los ciclos a largo plazo, incluso después de 2000 ciclos al 50% de compresión”, dice Igor Barg, investigador doctoral de la Cátedra de Materiales Multicomponentes y primer autor del artículo. Al combinar diferentes conocimientos dentro del Área de Investigación Prioritaria KiNSIS (Kiel Nano, Surface and Interface Science) de la Universidad de Kiel, crearon un material hecho de alambres finos que parece una esponja oscura. Los cables consisten en microtubos interconectados hechos de un polímero eléctricamente conductor. Esta delicada estructura de red hace que el material sea ultraligero y al mismo tiempo extremadamente elástico. Bajo el microscopio electrónico de barrido, la estructura básica del material parece una esponja porosa, que se puede comprimir fácilmente. (Imagen: Uni Kiel)

La película aislante nanoscópica protege las propiedades eléctricas del material.

“Los conductores estirables similares a esponjas ya se han investigado durante varios años. Pero tan pronto como se deforman, su resistencia también cambia debido al llamado efecto piezoresistivo”, explica Barg. Para evitar este efecto, el equipo recubrió su material con una película fina nanoscópica no conductora de politetrafluoretileno (PTFE). “Puede pensar en él como un cable de alimentación clásico”, dice Barg. La capa evita que los cables entren en contacto directo entre sí durante la compresión y crea nuevas rutas conductoras de electricidad. Por lo tanto, la resistencia permanece constante incluso con grandes deformaciones. El aislamiento también mejora la estabilidad mecánica de los cables y protege sus propiedades eléctricas de influencias externas como la humedad. Para recubrir esta estructura estructural altamente porosa, se necesita una técnica especial. El Dr. Stefan Schröder es el jefe del grupo de investigación junior "Polímeros CVD funcionales" en la Cátedra de Materiales Multicomponente y trabaja con la deposición química de vapor iniciada (iCVD). De esta manera, es posible incluso recubrir materiales con estructuras y superficies complejas de manera conformada: la combinación de diferentes gases en un reactor desencadena una reacción química y una fina película de polímero comienza a crecer sobre el material que se va a recubrir. “Dado que este recubrimiento tiene solo unos pocos nanómetros de espesor, los cables permanecen elásticos y el peso total del material apenas aumenta”, explica Schröder.

[Contenido incrustado]

El video demuestra las propiedades mecánicas de una estructura ultraligera similar a la espuma de varias capas. DERECHA: Aero-PTFE-PEDOT:PSS e IZQUIERDA: Aero-PTFE-PEDOT:PSS. La adición de un recubrimiento de película delgada de politetrafluoroetileno PTFE aislante (~ 23 nm) a través de la deposición química de vapor iniciada (iCVD) en el Aero-PEDOT:PSS mejora drásticamente las propiedades mecánicas y la estabilidad a largo plazo.

También son concebibles aplicaciones en tecnología médica.

"Este ejemplo muestra muy bien cómo podemos usar el recubrimiento a nanoescala para cambiar específicamente las propiedades de nuestras estructuras estructurales, que tienen un tamaño de hasta varios centímetros cúbicos, e incluso crear funciones completamente nuevas", dice Schütt. “Al combinar nuestros métodos, otras aplicaciones, incluidas las comerciales, podrían ser posibles en el futuro, por ejemplo, en tecnología médica o almacenamiento de energía”, agrega Schröder. Ahora quieren investigar estas posibilidades en más proyectos de investigación conjuntos.

• Distribución de relaciones públicas y contenido potenciado por SEO. Consiga amplificado hoy.
• Platoblockchain. Inteligencia del Metaverso Web3. Conocimiento amplificado. Accede Aquí.
• Fuente: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62472.php