Actuador de hidrogeles blandos que rompen ladrillos inspirado en la turgencia de las células vegetales

Inspirándose en las características de la presión de turgencia de las células vegetales, que permiten a las plantas sostener sus cuerpos, los investigadores modificaron un hidrogel para que se hinchara lo suficientemente rápido como para romper un ladrillo rígido por la mitad y para que construyera complejas estructuras subacuáticas en minutos. El diseño del hidrogel por parte de los investigadores contribuyó a crear un actuador basado en un hidrogel excepcionalmente potente y rápido que podría tener aplicaciones en campos como la robótica blanda, la óptica sintonizable y la biomedicina. Debido a su larga lista de propiedades materiales únicas, los hidrogeles son materiales muy prometedores para los actuadores blandos, piezas que convierten diversas formas de energía en movimientos físicos, especialmente para el diseño de robótica blanda. También están bien posicionados para salvar el vacío entre los actuadores sintéticos y los sistemas biológicos en las aplicaciones biomédicas. Sin embargo, los actuadores convencionales de hidrogeles blandos suelen tener una fuerza de actuación débil y una velocidad de respuesta lenta debido a sus mecanismos de actuación osmótica. Además, los propios materiales son propensos a fallar cuando están sometidos a grandes tensiones y presiones. Para abordar estas limitaciones críticas, Hyeonuk Na y sus colegas han presentado un método para producir un actuador de hidrogel potente y rápido basado en la fuerte presión de turgencia de las células vegetales. La presión de turgencia es la presión hidrostática impulsada por la ósmosis y confinada dentro de las paredes de una célula vegetal. Permite que las células vegetales blandas soporten el cuerpo alto de la planta y que las raíces en crecimiento agrieten las rocas. Na et al.crearon un hidrogel envuelto en una membrana semipermeable rígida pero flexible, que controlaba y confinaba el hinchamiento osmótico del hidrogel, permitiendo una fuerza de actuación de 730 newtons (N) o 3 órdenes de magnitud más alta que los actuadores de hidrogel existentes. Según muestran los autores, la fuerza fue suficiente para romper un ladrillo (véase el vídeo relacionado). Utilizando el actuador en el agua, también demostraron la rápida construcción de la estructura de un templo griego y de una estructura similar a un iglú (véanse los vídeos relacionados).  Na et al. también demuestran que la velocidad de actuación puede aumentarse en gran medida utilizando la electroósmosis, lo que redujo el tiempo de actuación de más de una hora a varios minutos. «Na et al. abren una interesante vía para maximizar la fuerza de actuación en los hidrogeles», escriben Zhen Jiang y Pingan Song en un artículo de Perspective relacionado. «El hidrogel de turgencia que combina una fuerza de actuación ultraalta, una elevada compresibilidad y una respuesta rápida probablemente ayudará a acelerar la próxima generación de robots blandos acuáticos capaces de soportar altas presiones subacuáticas».