Matrices de diminutos cristales brindan energÃa inalámbrica eficiente
En la Universidad de Colorado Boulder han desarrollado un material fotomecánico novedoso y resistente que puede transformar la energÃa de la luz en trabajo mecánico sin calor ni electricidad.
Según sus creadores, ofrece posibilidades innovadoras para sistemas de control remoto, inalámbricos y energéticamente eficientes. Su amplio potencial abarca diversas industrias, incluidas la robótica, la industria aeroespacial y los dispositivos biomédicos.
En último extremo, este material permitirÃa a una persona en tierra guiar un dron en el aire que aprovecha su energÃa de un rayo láser, eliminando la necesidad de llevar una baterÃa voluminosa a bordo.
"Eliminamos al intermediario, por asà decirlo, y tomamos la energÃa de la luz y la convertimos directamente en deformación mecánica", dijo en un comunicado el profesor Ryan Hayward, autor de la investigación, publicada en Nature Materials.
El material está compuesto de diminutos cristales orgánicos que comienzan a doblarse y levantar cosas cuando se exponen a la luz. La investigación muestra que estos materiales fotomecánicos ofrecen una alternativa prometedora a los actuadores con cables eléctricos, con el potencial de controlar o alimentar robots o vehÃculos de forma inalámbrica. Además, mejorar la eficiencia de la conversión directa de luz a trabajo ofrece el potencial de evitar sistemas engorrosos para la gestión térmica, asà como componentes eléctricos pesados.
La investigación contrasta con los intentos anteriores que involucraron delicados sólidos cristalinos que cambiaron de forma a través de una reacción fotoquÃmica, pero que a menudo se agrietaban cuando se exponÃan a la luz y eran difÃciles de procesar en actuadores útiles.
"Lo emocionante es que estos nuevos actuadores son mucho mejores que los que tenÃamos antes. Responden rápidamente, duran mucho tiempo y pueden levantar cosas pesadas", dijo Hayward.
El enfoque innovador del laboratorio de Hayward implica el uso de conjuntos de diminutos cristales orgánicos dentro de un material polimérico que se asemeja a una esponja debido a sus diminutos agujeros. A medida que los cristales crecen dentro de los poros del tamaño de una micra del polÃmero, su durabilidad y producción de energÃa tras la exposición a la luz mejoran significativamente. Su flexibilidad y facilidad de moldeado los hacen muy versátiles para una amplia gama de aplicaciones.
La orientación de los cristales les permite realizar tareas cuando se exponen a la luz, como doblar o levantar objetos. Cuando el material cambia de forma con una carga adjunta, funciona como un motor o un actuador y mueve la carga. Los cristales pueden mover objetos mucho más grandes que ellos mismos, levantando 1.000 veces su propia masa.
De cara al futuro, el equipo tiene como objetivo avanzar en el control del movimiento del material. Actualmente, el material solo puede pasar de un estado plano a un estado curvo doblándose y luego desdoblándose. Su objetivo es también aumentar la eficiencia, maximizando la cantidad de energÃa mecánica producida en comparación con la entrada de energÃa luminosa.
"TodavÃa tenemos mucho camino por recorrer, particularmente en términos de eficiencia, antes de que estos materiales realmente puedan competir con los actuadores existentes", dice Hayward. "Pero este estudio es un paso importante en la dirección correcta y nos brinda una hoja de ruta sobre cómo podrÃamos llegar allà en los próximos años".
