Aprovechando la Flexoelectricidad en Elastómeros Suaves para Mejorar la Movilidad Robótica

Algunos materiales en la naturaleza pueden cambiar significativamente de tamaño y forma —o deformarse— como una banda elástica cuando se envía una señal eléctrica. Los materiales actúan como convertidores de energía que se deforman cuando se envía una señal eléctrica a través de ellos o suministran electricidad cuando se manipulan. Esto se llama piezoeléctricidad y es útil en la creación de sensores y electrónica láser, entre varios otros usos finales. Estos materiales que ocurren naturalmente son raros y consisten en estructuras cristalinas rígidas que a menudo son tóxicas —tres inconvenientes distintos para aplicaciones humanas.

Los polímeros artificiales ofrecen pasos para aliviar estos puntos problemáticos al eliminar la escasez de material y crear polímeros suaves capaces de doblarse y estirarse —conocidos como elastómeros suaves—, pero anteriormente, esos elastómeros suaves carecían de atributos piezoeléctricos significativos.

Los investigadores han demostrado "flexoelectricidad gigante" en elastómeros suaves que podría mejorar el rango de movimiento de robots y hacer que los marcapasos autoalimentados sean una posibilidad real. Esta teoría diseña una conexión entre electricidad y movimiento mecánico en materiales suaves, similares al caucho. Si bien algunos polímeros son débilmente piezoeléctricos, no hay materiales suaves, similares al caucho, que sean piezoeléctricos. El término para estos elastómeros suaves multifuncionales con capacidad aumentada es "flexoelectricidad gigante"; en otras palabras, impulsar el rendimiento flexoeléctrico en materiales suaves.

En la mayoría de materiales de caucho suaves, la flexoelectricidad es bastante débil, pero al reorganizar las cadenas en celdas unitarias a nivel molecular, la teoría muestra que los elastómeros suaves pueden alcanzar flexoelectricidad de casi 104 veces la cantidad convencional. Robots humanoides hechos con elastómeros suaves que contienen propiedades flexoeléctricas aumentadas serían capaces de un mayor rango de movimiento para realizar tareas físicas. Marcapasos implantados en corazones humanos y que utilizan baterías de litio podrían en su lugar ser autoalimentados, ya que el movimiento natural genera energía eléctrica.

La mecánica de los elastómeros suaves generando y siendo manipulados por señales eléctricas replica una función similar observada en los oídos humanos. Los golpes impactan el tímpano, que luego vibra y envía señales eléctricas al cerebro, donde se interpretan. En este caso, el movimiento puede manipular elastómeros suaves y generar electricidad para alimentar un dispositivo por sí mismo. Este proceso de auto-generación de energía por movimiento es un paso adelante respecto a una batería típica.

Los esfuerzos para mejorar el efecto flexoeléctrico en elastómeros suaves serán el foco de estudios futuros.