¿Qué son los Actuadores Suaves?
Un actuador es un mecanismo que convierte la energía de una fuente en movimiento físico. Así, las turbinas hidráulicas y eólicas pueden considerarse un tipo de actuador. En general, los mecanismos que imitan el movimiento de los músculos y las articulaciones que mueven los dedos humanos se denominan actuadores.
Los actuadores suaves, por su parte, se refieren a mecanismos en los que materiales ligeros y flexibles que responden a cambios ambientales o estímulos externos como la sal, los disolventes o el calor actúan de forma similar a los actuadores.
Los actuadores suaves se diferencian de los actuadores en que son ligeros y pueden responder con flexibilidad a cambios ambientales y estímulos externos.
Usos de los Actuadores Suaves
Los actuadores suaves se aplican en músculos artificiales por su ligereza y flexibilidad. Los músculos artificiales son productos que imitan los músculos humanos utilizando actuadores suaves. Se utilizan en robots y maquinaria pesada.
Además de músculos artificiales, los actuadores suaves también se utilizan en órganos artificiales como corazones y anos.
También se emplean en otros muchos sectores y campos, por ejemplo en la construcción y los cuidados de enfermería. En estos ejemplos, los trabajadores cargan mucho la espalda debido al movimiento diario de cuidadores y cargas pesadas.
Por este motivo, se utilizan prendas de soporte para la espalda basadas en actuadores suaves, músculos artificiales para ayudar al movimiento y trajes musculares.
Además, como los actuadores suaves son sensibles a estímulos externos, se está estudiando esta posibilidad de que puedan generar electricidad en respuesta a cambios de temperatura.
Uso de Actuadores Suaves en Robótica
Los actuadores suaves se adaptan a la forma, son flexibles, extensibles, ligeros y baratos. Otra ventaja es la disponibilidad de materiales estables en el aire y sin ruido de funcionamiento. También responden pasivamente en geometrías complejas y funcionan de forma estable con poco o ningún control. Además, los actuadores suaves son también un material respetuoso con el medio ambiente, ya que se deforman considerablemente incluso con poca potencia.
Estas características dan como resultado un comportamiento único si se comparan los actuadores suaves con los convencionales. Por eso se han utilizado actuadores suaves en los últimos años, sobre todo en el campo de la robótica, donde se están desarrollando activamente para funcionar en condiciones extremas y bajo el agua. Por ejemplo, la nueva generación de materiales de caucho puede expandirse y contraerse mediante corriente eléctrica. Los actuadores suaves que incorporan estos materiales pueden utilizarse en brazos robóticos. El gel de PVC también se utiliza como actuador suave en robots vestibles, como los trajes musculares.
Principios de los Actuadores Suaves
Los actuadores suaves pueden utilizarse de diversas formas, según los materiales empleados y su funcionamiento. Por ello, en esta sección se explican algunos extractos.
Los músculos artificiales con actuadores suaves suelen funcionar mediante reacciones quimiomecánicas. Una reacción quimiomecánica es un movimiento mecánico iniciado por un cambio de temperatura, un intercambio de disolventes, una adición química o un estímulo como la luz o un campo eléctrico.
Por ejemplo, en una forma activada por cambio de temperatura, se utiliza ácido polimetacrílico (PMAA), donde el PMAA forma complejos intermoleculares por enlace de hidrógeno con polietilenglicol en solución acuosa. Este método funciona sobre la base del equilibrio entre los polímeros, de modo que a medida que aumenta la concentración de polietilenglicol en la solución acuosa, éste se contrae a temperaturas más elevadas.
El gel con memoria de forma formado por este método se puede volver a moldear cualquier número de veces mediante tratamiento con etanol.
Clasificación de los Actuadores Suaves
La clasificación de los actuadores suaves puede dividirse en función de los materiales utilizados. A continuación se describen y explican algunos de ellos:
Actuadores de Gel de Polímero
Los actuadores de gel de polímero son un tipo de actuador suave en el que se utiliza gel de polímero como material. El material comienza a deformarse cuando se aplica un voltaje. Estos actuadores han llamado la atención por su capacidad de respuesta, peso ligero, bajo coste de producción y alta eficiencia de conversión de energía.
Actuadores de Polímero Conductor
Los actuadores de polímeros conductores son un tipo de actuador suave en el que se utilizan materiales poliméricos conductores como el polipirrol (PPy), el politiofeno y la polianilina (PANI). El actuador consiste en un material polimérico conductor y un contraelectrodo colocado en un electrolito que contiene iones. El material polimérico conductor se expande y contrae cuando se aplica tensión entre ellos.
Otros tipos de actuadores suaves son los de elastómero y los de nanotubos de carbono.