La ingenieria de materiales ha sido una de las principales bases de los avances tecnologicos que han transformado nuestra sociedad y sus resultados han impactado la investigacion, el desarrollo y la innovacion en todo el mundo. Con relacion a esta especialidad, un colega nos envia sorprendente informacion a proposito de un nuevo super-material. Revisemos el asunto…
Se trata del 'dióxido de vanadio' el cual esta preparandose para entrar en el Olimpo de las superestrellas en el fascinante mundo de los materiales, de acuerdo al Boletín en línea 'News Center' del 'Lawrence Berkeley National Laboratory', en su edición del 19 de diciembre del 2013.
Ya muy reconocido por sus extraordinarias habilidades para cambiar de tamano, forma y/o identidad fisica, el dioxido de vanadio, puede ahora agregar a sus atributos el proveer un mecanismo para aumentar extraordinariamente la potencia muscular.
Un equipo de investigadores del “Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), perteneciente al Departamento de Energia de los EUA (DOE por sus siglas en ingles), demostraron el extraordinario trabajo de un micro motor/musculo torsional robotico hecho de dioxido de vanadio que en proporcion a su tamano es unas mil veces mas poderoso que un musculo humano, capaz de catapultar objetos 50 veces mas pesados que si mismo, por arriba de una distancia cinco veces su largo, en un tiempo de 60 milisegundos –mas rapido que el parpadeo de un ojo.
‘Creamos una bobina dual bimorfa, que esta constituida de dos capas activas de diferentes materiales, funciona como un poderoso musculo torsional y se acciona termicamente (o mejor dicho, electro-termicamente) debido a la fase de transicion del dioxido de vanadio,’ explico el lider de esta investigacion, Junquao Wu, un fisico que mantiene una relacion de trabajo simultanea con la Division de Ciencias del Laboratorio de Materiales de Berkeley y con el Departamento de Ciencias e Ingenieria de los Materiales de la Universidad de California en Berekely.
‘Usando un diseño muy simple y materiales inorganicos, podemos obtener un comportamiento superior en densidad de potencia y velocidad comparados con los motores y actuadores actualmente utilizados en micro-sistemas integrados.’
Wu es co-autor de un trabajo publicado en el Journal ‘Advanced Materials’, titulado ‘Powerful, Multifunctional Torsional Micro Muscles Activated by Phase Transition’, donde se describe esta investigación. Otros co-autores son Kai Liu, Chun Cheng, Jooki Suh, Robert Tang-Kong, Deyi Fu, Sangwook Lee, Jian Zhou y Leon Chua.
Las caracteristicas del dioxido de vanadio lo hace altamente codiciado por la industria electronica ya que es uno de los pocos materiales conocidos que es aislante a bajas temperaturas pero abruptamente se convierte en conductor a los 67 grados Celsius.
Esta fase de transicion de aislante a metal dependiente de la temperatura se preve que muy pronto se aprovechara para generar equipos opticos o electronicos mas rapidos y energeticamente mas eficientes. Y aun mas, los cristales de dioxido de vanadio, adicionalmente, ante cambios en su temperatura, experimenta una fase de transición estructural: cuando se calientan, rapidamente se contraen a lo largo de una dimension mientras que se expanden a lo largo de las otras dos. Esto hace que el dioxido de vanadio sea un candidato ideal como material para fabricar motores muti-funcionales y musculos artificiales.
‘Miniaturizar motores rotatorios es importante para los micro-sistemas integrados lo cual ha sido intensamente explorado durante las ultimas decadas’, comento Wu. ‘La densidad de potencia de nuestro micro-musculo aunada a su multi-funcionalidad lo distingue de todos los macro y micro motores/actuadores torsionales existentes.’
Wu y sus colegas fabricaron su micro-musculo en un sustrato de silicon de una larga cinta bimorfa en forma de V elaborada a base de cromo y dioxido de vanadio. Cuando la cinta con forma de V se separa del sustrato se forma una helice que puede actuar como una bobina dual que es conectada a cualquier lado de los cojinetes de los electrodos de cromo.
Al calentar la bobina dual, esta opera, convirtiendola ya sea en una micro catapulta, en cuyo caso, un objeto que se coloca encima de la bobina es lanzado cuando funciona la bobina, o en un sensor de proximidad, en cuyo caso al detectar remotamente un objeto (sin tocarlo) causa una ‘micro-explosion’, es decir un cambio rapido en la resistencia y forma del micro-musculo que provoca que se empuje al objeto lejos del motor.
En la siguiente liga tenemos un video que nos presenta estas dos situaciones (vale la pena verlo): http://www.youtube.com/watch?v=AOnY9mk7jGM
‘Se pueden ensamblar multiples micro-musculos en un sistema micro-robotico que estimule un sistema neuromuscular’, opino Wu. ‘Las funciones naturales combinadas de sensar por proximidad, asi como realizar el movimiento torsional permite al dispositivo detectar remotamente un objetivo y responder reconfigurandose con una forma diferente. Esto simula a los seres vivos donde las neuronas detectan y envian estimulos a los musculos y los musculos generan movimiento.’
Se demostro en le Laboratorio de Berkeley que los micro-musculos de dioxido de vanadio pueden realizar movimientos torsionales reversibles por arriba de un millon de ciclos sin degradacion. Tambien mostraron velocidades rotacionales o angulares de hasta aproximadamente 200,000 rpm, amplitud de 500 a 2000 grados por milimetro de longitud, y una densidad de energia de aproximadamente 39 kilowatts/kilogramo.
‘Estas medidas son todas ordenes de magnitud superiores a los que presentan los motores existentes torsionales cuyo funcionamiento esta basado en electroestatica, magnetismo, nanotubos de carbon o piezolelectricos,’ manifesto Wu.
El calentamiento del micro-musculo de dioxido de vanadio que lo hace funcionar puede ser aplicado en forma general con un pequeno cojinete de calentamiento, o puede aplicarse a una zona especifica utilizando una corriente electrica, lo cual se considera es la mejor manera porque permite un calentamiento selectivo de micro-musculos individuales, ademas de que el proceso de calentamiento y enfriamiento es mucho mas rapido. Adicionalmente, dado que el dioxido de vanadio absorbe luz y la convierte en calor, la bobina puede ser tambien disparada en forma fototermica.
‘Combinando la potencia y la multifuncionalidad de nuestro micro-musculo lo hace tener un gran potencial para aplicaciones que requieran un alto nivel de integracion funcional en un pequeno espacio’, concluyo Wu.
Esta investigacion fue financiada por la ‘DOE Office of Science Early Career Award’ de la Universidad de California en Berkeley.
Es pertinente mencionar que el ‘Lawrence Berkeley National Laboratory’ aborda los desafios cientificos mas urgentes del mundo, avanzado en la tematica de la energia sustentable, protegiendo la salud de los humanos, creando nuevos materiales e indagando sobre el origen y destino del universo. Creado en 1931, el expertis del Laboratorio Cientifico de Berkeley ha sido reconocido con 13 premios Nobel. La Universidad de California administra el Laboratorio de Berkeley para la Oficia de Ciencias del Departamento de Energia de EUA.
Fuente:
http://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_de_tejidos
http://newscenter.lbl.gov/news-releases/2013/12/19/a-micro-muscular-break-through/
http://americanlivewire.com/2013-12-26-vanadium-dioxide-artificial-muscle-new-research-berkeley-junqiao-wu-prosthetic-6546845/
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Agradezco las contribuciones y opiniones enviadas.
No. de ingenieros en la lista de distribucion: 723
No. de envio: 185
Bienvenidos comentarios sobre los envios.
Nota: Este correo no tiene acentos.
Deseando tengan un excelente fin de semana, les envio un fuerte abrazo.
Arnoldo
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Comentarios sobre el envio 184: Cerebro de Gato: Un paso hacia su equivalente electronico...
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El 01/03/14 12:21, Enrique Gomez de la Rosa escribio:
Estimado colega:
Es indudable el avance tecnologico a una velocidad impresionante.
Da miedo pensar en ese futuro. ¿Van las maquinas a controlar al ser humano?
Saludos,
Ing. Enrique Gomez de la Rosa
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Liga a blog Ex–Sheffield - 'Solo para ingenieros': (http://ex-sheffield.org/soloparaingenierosnet/)
Liga al Portal de la Academia Panamericana de Ingenieria - Ciencia y Tecnologia - 'Solo para ingenieros': http://www.academiapanamericanaingenieria.org/
Liga a: 'Ingenieria para todos' ('Cosecha de Energía', se publico en la Union de Morelos el lunes 03-03-14, pagina 36): http://es.calameo.com/read/000010214593c095676e6
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Estimado colega:
Es indudable el avance tecnologico a una velocidad impresionante.
Da miedo pensar en ese futuro. ¿Van las maquinas a controlar al ser humano?
Saludos,
Ing. Enrique Gomez de la Rosa
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