Actuador electrostático novedoso utiliza ferroeléctricos para aumentar las fuerzas musculares artificiales 1200 veces

Jul 06, 2023

Investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio y ENEOS Corporation han desarrollado actuadores electrostáticos de alta potencia que, afirman, podrían proporcionar un medio para escalar la tecnología para su uso en músculos artificiales, mientras operan a un voltaje de conducción bajo.

Los actuadores electrostáticos, que mueven objetos utilizando campos eléctricos, son bastante simples de fabricar, ya que comprenden dos electrodos de carga opuesta que generan una fuerza mediante la aplicación de electricidad. Incluso han demostrado ser útiles para hacer que los músculos artificiales se muevan, con un gran inconveniente: escalar la tecnología a la musculatura humana significa tener que manejar los dispositivos con un voltaje demasiado alto para una seguridad razonable.

Es este problema el que los investigadores afirman haber resuelto, al cambiar de los medios paraeléctricos tradicionales a los ferroeléctricos, aumentando la fuerza disponible a voltajes más bajos. "Los medios ferroeléctricos son superiores a los medios paraeléctricos ordinarios para su uso en actuadores electrostáticos en dos aspectos", explica Suzushi Nishimura, profesor de Tokyo Tech y líder del proyecto. "Uno es que pueden generar una fuerza mayor al mantener una gran polarización incluso a bajo voltaje, y el otro es que su respuesta de voltaje es casi lineal, lo que resulta en una buena capacidad de control del dispositivo".

Usando un cristal líquido nemático que fluye a temperatura ambiente, el equipo ha podido crear fuerzas a través de los electrodos unas 1200 veces más altas que con materiales tradicionales como el aceite aislante. Un electrodo de bobina de doble hélice impreso en 3D también demostró el concepto más que una teoría: "Cuando aplicamos un campo eléctrico de 0,25 MV m⁻¹, el dispositivo se contrajo 6,3 mm [alrededor de 0,25"], que es aproximadamente 19 por ciento de su longitud original", explica Nishimura. "La observación visual mostró que el dispositivo se mueve cuando se aplica un voltaje de 20 V. Esto significa que incluso una batería de celda seca puede alimentar el presente actuador".

El trabajo del equipo ha sido publicado en la revista Advanced Physics Research, con una copia preliminar disponible en la Biblioteca en línea de Wiley en términos de acceso abierto.