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Los científicos han construido un dron robótico que cambia de forma y que se transforma de vehículo terrestre a cuadricóptero, un avance que puede conducir a nuevas máquinas que pueden realizar diversas funciones en diferentes condiciones y autocurarse después de ser dañadas.
Los investigadores de la Universidad Tecnológica de Virginia (EE.UU.) desarrollaron por primera vez un material multifuncional que podía cambiar de forma, mantener la forma y volver a la configuración original, y hacerlo durante muchos ciclos.
“Uno de los retos era crear un material que fuera lo suficientemente blando como para cambiar drásticamente de forma y, a la vez, lo suficientemente rígido como para crear máquinas adaptables que pudieran realizar diferentes funciones”, dijo en un comunicado Michael Bartlett, profesor adjunto de ingeniería mecánica.
Los científicos recurrieron entonces al arte japonés del kirigami, que consiste en hacer formas de papel mediante cortes, para crear una estructura que pudiera transformarse.
A continuación, desarrollaron un endoesqueleto hecho de una aleación de bajo punto de fusión (LMPA) incrustada dentro de una piel de goma.
Cuando un metal se estira demasiado, se dobla permanentemente, se agrieta o se estira hasta adquirir una forma fija e inutilizable; sin embargo, el metal líquido especial incrustado en caucho podría convertir este típico mecanismo de fallo en una fortaleza, dicen los investigadores.
Este compuesto, cuando se estira, mantiene rápidamente la forma deseada, una característica que es perfecta para los materiales blandos que se transforman en soportes de carga al instante.
Para devolver la estructura a su forma original, el equipo incorporó calentadores blandos en forma de zarcillo junto a la malla de aleación que hacen que el metal se convierta en líquido a 60 grados Celsius (140 grados Fahrenheit).
La piel de elastómero del compuesto mantiene contenido el metal fundido y, al mismo tiempo, tira del material para devolverle su forma original.
Esto invierte el estiramiento y confiere al material blando una “plasticidad reversible”, dicen los investigadores, que añaden que vuelve a la estructura original después de que el compuesto se enfríe.
“Estos compuestos tienen un endoesqueleto metálico incrustado en una goma con calentadores blandos, donde los cortes inspirados en el kirigami definen un conjunto de vigas metálicas. Estos cortes, combinados con las propiedades únicas de los materiales, eran realmente importantes para transformarse, fijarse en la forma rápidamente y luego volver a la forma original”, dijo Dohgyu Hwang, coautor del estudio y estudiante de posgrado.
Utilizando este diseño de aleación inspirado en el kirigami, los investigadores pudieron crear formas complejas, desde cilindros hasta bolas, pasando por la forma irregular del fondo de un pimiento.
Dicen que el material podría cambiar de forma muy rápidamente, en algunos casos por debajo de una décima de segundo, y también podría curarse múltiples veces fundiendo y reformando el endoesqueleto metálico si el compuesto se rompiera.
Aplicando el nuevo material con energía, control y motores a bordo, el equipo creó un dron funcional que se transforma de forma autónoma de vehículo terrestre a aéreo.
Los investigadores también crearon un pequeño submarino desplegable que podía recuperar objetos de un acuario raspando la panza del submarino por el fondo.
“Estamos entusiasmados con las oportunidades que presenta este material para los robots multifuncionales. Estos compuestos son lo suficientemente fuertes como para soportar las fuerzas de los motores o los sistemas de propulsión, pero pueden cambiar de forma fácilmente, lo que permite a las máquinas adaptarse a su entorno”, dijo Edward J. Barron, otro estudiante de posgrado y coautor del estudio.
“Demostramos este material a través de la integración con el control a bordo, los motores y la energía para crear un dron robótico morphing suave, que se transforma de forma autónoma de un vehículo terrestre a uno aéreo y una máquina morphing subacuática, que puede ser desplegada de forma reversible para recoger la carga”, escribieron los científicos en el estudio.
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