Hacia un material más seguro para músculos artificiales

Ya sea al mover los dedos de los pies o al levantar las bolsas con la compra del supermercado, los músculos de nuestro cuerpo se expanden y contraen con suavidad. Algunos polímeros pueden hacer lo mismo —actuar como músculos artificiales— pero solo cuando se les estimula con voltajes peligrosamente altos.

Ahora, Yeerlan Adeli, Francis Owusu, Frank A. Nüesch y Dorina M. Opris, todos de los Laboratorios Federales Suizos para Ciencia y Tecnología de Materiales (EMPA), han conseguido crear una serie de películas finas y elásticas que responden a cargas eléctricas mucho más bajas. Estos materiales representan un paso clave hacia la fabricación de músculos artificiales que algún día puedan funcionar de forma segura en dispositivos médicos.

Los músculos artificiales podrían convertirse en componentes clave de implantes robóticos blandos móviles y órganos artificiales funcionales. Los elastómeros electroactivos, como los polímeros bottlebrush, son materiales interesantes para este fin porque son blandos al principio, pero se endurecen al estirarlos. Además, pueden cambiar de forma cuando se cargan eléctricamente. Sin embargo, las películas de polímero bottlebrush disponibles actualmente solo se mueven a tensiones superiores a 4000 voltios, lo que supera el máximo de 50 voltios que diversos organismos, como por ejemplo la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional de Estados Unidos, consideran seguro. Reducir el espesor de estas películas a menos de 100 micrómetros podría disminuir las tensiones que se requieren, pero conseguir hacer esto con éxito en el caso de los polímeros bottlebrush ha venido estando fuera del alcance de la comunidad científica. Por eso, Dorina Opris y sus colegas querían encontrar una forma sencilla de producir películas más finas.

Los investigadores sintetizaron un conjunto de polímeros bottlebrush haciendo reaccionar macromonómeros de polidimetilsiloxano injertados con norborneno y reticulando los productos mediante luz ultravioleta. Un material de 60 micras de grosor fue el más electroactivo, con una expansión superior a la de los elastómeros anteriores y una tensión de funcionamiento de 1000 voltios. Y un actuador circular fabricado con ese material se expandió y contrajo más de 10.000 veces antes de degradarse. En otra serie de experimentos, los investigadores introdujeron cadenas laterales polares en los polímeros y produjeron materiales que respondían a tensiones tan bajas como 800 voltios. Sin embargo, no se expandían tanto como la película más electroactiva del equipo. A partir de los resultados, los investigadores afirman que, con algunos retoques, el material podría utilizarse algún día para desarrollar implantes duraderos y otros dispositivos médicos que funcionen a voltajes más seguros.

Recreación artística de brazo de un androide con músculos artificiales enfrentado en un pulso contra el brazo de un humano, con músculos naturales. (Ilustración: NASA JPL / Carolina Martinez)

El estudio se titula “On-Demand Cross-Linkable Bottlebrush Polymers for Voltage-Driven Artificial Muscles”. Y se ha publicado en la revista académica ACS Applied Materials & Interfaces. (Fuente: American Chemical Society)