Músculos artificiales: una nueva técnica abarata la fabricación de prendas de vestir que se adaptan al clima estacional

La ingeniería de materiales es una rama de la ciencia en crecimiento de la que surgen nuevos elementos para toda clase de usos, desde la exploración espacial, tejidos enfocados a la salud o el diseño de nuevos robots. De esta innovación se espera que transforme la ropa del futuro, por ejemplo.

En este ámbito, un equipo de investigadores de la Universidad de Texas en Dallas, han publicado un artículo en la revista Science, donde el equipo de investigadores de la Universidad de Texas en Dallas y sus colaboradores describen el método de fabricación de hilos o músculos de polímero con resorte sin usar uno de los elementos clave hasta ahora, el huso que les da forma.

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El resultado son muelles que pueden estirarse el 97% de su longitud original y que presentan un índice de elasticidad de más de 50. En anteriores investigaciones, sus resultados sirvieron para dar forma a la ropa de deportistas de élite.

Dando forma al muelle

El índice de elasticidad se refiere a la relación entre el diámetro medio de un resorte y el diámetro del alambre que lo compone. Cualquiera que haya jugado alguna vez con un muelle comprenderá que el índice de elasticidad será más bajo cuando el resorte es más firme y rígido, mientras que el índice es alto si el muelle se estira con mayor facilidad, siendo hilos más sueltos y flexibles, como el cuerpo del perro Slinky de Toy Story.

En estudios anteriores, estos investigadores crearon músculos en espiral con un alto índice de elasticidad, pero mediante el proceso de envolver esas fibras o hilos alrededor de un huso con forma de espiral, lo que también se conoce como mandril. Controlar este índice de elasticidad en la fabricación de los músculos sin necesitar ese mandril o huso es el logro conseguido en este nuevo trabajo de investigación y desarrollo.

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Los responsables del proyecto afirman que con este nuevo método sin huso es posible fabricar hilos con un alto índice de elasticidad de forma más económica. "El problema ha sido que no hay informes de procesos para fabricar hilos sin mandril y con un índice de elasticidad alto, salvo disolver el mandril después del bobinado muscular, lo que desperdicia la fibra de polímero de gran diámetro que normalmente se usa como mandril y crea un flujo de desechos", dijo Baughman, titular de la Cátedra Distinguida Robert A. Welch en Química en la Facultad de Ciencias Naturales y Matemáticas.

Sin huso, este nuevo proceso consiste en insertar torsión en fibras individuales a un nivel inferior, lo que provoca que se enrollen sobre sí mismas. Posteriormente, se pliegan las fibras retorcidas para crear espirales con forma de resorte. Durante el plegado, cada fibra sirve de mandril para otras fibras.

Fibras poliméricas en espiral con diferentes índices de elasticidad Universidad de Texas, Dallas Omicrono

Zhang ha explicado que este nuevo método de fabricación también permite variar el índice de elasticidad a lo largo del músculo. En la imagen superior los hilos que se aprecian cuentan con diferentes índices de elasticidad: (C) 7,7 (D) 45,2 (E) 2,6 en los extremos y 9,6 en el centro, y (F) donde el índice de elasticidad aumenta de 2,4 a 18,1. El diámetro individual de cada fibra es de 0,28 milímetros.

La ropa del futuro

Con el anterior proyecto, los hilos fabricados mediante el huso se incorporaron al proceso de fabricación de una conocida empresa de textiles. Los atletas del equipo estadounidense que participaron en los Juegos Olímpicos de Invierno de Pekín 2022 lucieron chaquetas acolchadas compuestas por este innovador material y firmadas por Polo Ralph Lauren. El mismo diseño que luce el Dr. Mengmeng Zhang en la fotografía superior.

Sin embargo, estas prendas no han llegado a las tiendas por el alto coste que suponía su fabricación con el método anterior. De ahí la necesidad de encontrar una solución más económica.

Conjunto de Ralph Lauren para Los Juegos Olímpicos de Invierno de 2022 Ralph Lauren Omicrono

Entonces, la marca de moda informó que para la confección de estas prendas de abrigo, Ralph Lauren utilizó un tejido de alta tecnología termosensible llamado Intelligent Insulation. Este tejido se adapta a temperaturas más bajas creando una capa adicional de aislamiento.

Los llamados músculos artificiales abren automáticamente grandes poros aislantes térmicos cuando la temperatura ambiente se vuelve fría, conservando más calor entre la prenda y el cuerpo. De esta forma, las prendas confeccionadas con este innovador tejido pueden adaptarse a tres estaciones.

La técnica se puede aplicar para dar forma a otros productos, los investigadores también han utilizado su idea para crear hilos de nanotubos de carbono con un alto índice de elasticidad que pueden usarse para captar energía mecánica o como sensores de deformación autoalimentados.

Esta tecnología permite detectar el movimiento en sistemas de monitorización de pacientes médicos o la actividad física de deportistas. Sin embargo, la dependencia de estos dispositivos de fuentes de alimentación con cable y baterías rígidas limita su uso en entornos cotidianos. Al ser autoalimentados, los hilos de nanotubos de carbono pueden acelerar la integración de esta innovación en las prendas.