Corea desarrolla componentes inteligentes y rápidos sin motor para robots de próxima generación
El actuador desarrollado logró una actuación bidireccional completa, doblando al calentarse y aplanándose nuevamente al bajar la temperatura
Un equipo de investigación de KAIST (Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea) ha desarrollado una tecnología de actuación basada en materiales inteligentes que funciona rápidamente en menos de un segundo sin necesidad de motor, abriendo nuevas posibilidades para la robótica de próxima generación y las estructuras desplegables en el espacio.
El equipo, liderado por el profesor Seong Su Kim del Departamento de Ingeniería Mecánica, ha desarrollado un actuador inteligente híbrido bidireccional basado en material con memoria de forma que es capaz de cambiar de forma reversiblemente. Esta tecnología permite que el material cambie de forma en respuesta a estímulos externos, como el calor, y vuelva a su estado original sin necesidad de dispositivos mecánicos complejos adicionales.
Este actuador promete resolver las limitaciones que presentan los sistemas convencionales basados en motores debido a su peso y complejidad estructural, ya que las estructuras espaciales y los brazos robóticos requieren dispositivos de actuación ligeros capaces de realizar movimientos repetitivos.
El actuador logra simultáneamente deformación bidireccional, gran velocidad y precisión
El actuador compuesto híbrido diseñado por KAIST combina aleaciones con memoria de forma (SMA) y polímeros con memoria de forma (SMP) para aprovechar las ventajas de ambos materiales. Los SMA son materiales metálicos que recuperan su forma original al calentarse, mientras que los SMP son materiales poliméricos que cambian de forma en respuesta al calor u otros estímulos externos.
Los materiales convencionales con memoria de forma presentaban limitaciones: o bien no podían recuperar su forma original una vez deformados (deformación unidireccional), o bien su recuperación era extremadamente lenta. Además, debido a que las aleaciones metálicas y los materiales poliméricos tienen diferentes niveles de rigidez, a menudo no logran recuperar su forma con precisión durante el uso repetitivo.
Para solucionar estos problemas, los investigadores de KAIST mejoraron tanto el material como su estructura. Primero, ajustaron la composición química del polímero con memoria de forma (SMP) y lo reforzaron con fibras de carbono para aumentar su rigidez. Además, aplicaron una estructura de "resorte de cinta", similar a una cinta métrica retráctil, al actuador.
Esta estructura crea un fenómeno de "reacción instantánea", donde la energía se almacena durante la deformación y se libera de forma inmediata, lo que aumenta significativamente tanto la velocidad como la precisión del movimiento. Como resultado, el actuador desarrollado logró una actuación bidireccional completa, doblando al calentarse y aplanándose nuevamente al bajar la temperatura. La tecnología también demostró un rango de deformación significativamente mayor y una tasa de recuperación cercana al 100 % en su forma inicial.
El profesor Seong Su Kim declaró: "Esta investigación supera las limitaciones físicas de los materiales mediante un diseño estructural original, elevando el rendimiento de los actuadores con memoria de forma a un nivel superior. Prevemos que esta tecnología se aplicará en diversos campos, como pinzas robóticas que requieren movimientos repetitivos o estructuras desplegables para aplicaciones espaciales".
El actuador con memoria de forma desarrollado en este estudio es de gran importancia, ya que logra simultáneamente deformación bidireccional, velocidad de actuación inferior a un segundo y alta precisión de despliegue. Este logro se considera un avance significativo en la aplicación práctica de la tecnología de actuación basada en materiales con memoria de forma.