Nuevo robot puede recoger una sola gota de líquido
Los científicos han diseñado muchos dispositivos que pueden recoger objetos sólidos. Grandes garras mecánicas pueden levantar automóviles. Las garras pequeñas pueden sacar premios de una caja de vidrio en un juego de arcade. Pero estos nuevos desplumadores pueden levantar algo completamente diferente: un líquido.
Los ingenieros han construido las primeras pinzas flexibles que pueden recoger y mover una sola gota de líquido. El dispositivo está hecho de pinzas flexibles. Cada uno tiene aproximadamente el tamaño y la forma de un dedo. Las pruebas experimentales mostraron que el par puede recoger gotas tan pequeñas como 2 milímetros (0,08 pulgadas) de ancho.
Tal dispositivo podría ayudar a los científicos a manejar fluidos biológicos, como sangre o saliva, de manera segura, dice Arun Kota. Esa tarea podría ser particularmente útil en laboratorios donde se analizan muestras para detectar signos de COVID-19, gripe u otras enfermedades contagiosas. Kota es ingeniero mecánico en la Universidad Estatal de Carolina del Norte en Raleigh. Trabajó en estas nuevas pinzas.
“Los fluidos infecciosos son un gran problema en este momento”, dice. “¿Podríamos usar estos robots como una especie de escudo protector?”
Su equipo describió su nuevo dispositivo en la edición de noviembre de Horizontes materiales. Demostraron que las pinzas no solo funcionan, sino que también pueden fabricarse con materiales de bajo costo, como la cinta adhesiva ordinaria de doble cara. Las pinzas trabajan con cualquier tipo de gotas. Todavía en la fase de prueba, aún no están listos para su uso en el mundo real.
Ingeniería algo novedoso
El nuevo dispositivo combina tecnología de dos campos de la ingeniería. Uno es la robótica blanda. A diferencia de los robots hechos de materiales duros y toscos como el metal, los robots blandos están hechos de cosas blandas. El ingeniero mecánico Jianguo Zhao, otro científico que trabajó en el dispositivo, desarrolla robots blandos. Trabaja en la Universidad Estatal de Colorado en Fort Collins.
El otro campo es la ciencia de los materiales, el área de especialización de Kota. Hace más de 10 años, comenzó a estudiar materiales hidrofóbicos (Hy-droh-FOH-bik), es decir, repelentes al agua. En ese entonces, él también trabajaba en la Universidad Estatal de Colorado. No quería detenerse en repeler el agua. Quería diseñar cosas que repelieran cualquier fluido. Trabajando con Wei Wang, un ingeniero en su laboratorio, desarrolló tales materiales. Wang dirigió el nuevo estudio.
“Muchos materiales son repelentes al agua, pero alrededor del alcohol o el aceite ya no lo son”, dice Kota. Para describir su nuevo material, Wang y Kota acuñaron la palabra «súper omnifóbico».. Omni significa todas las cosas; fóbico significa repelente.
“Usar tecnología de robot suave fue una solución natural”, dice Zhao. La flexibilidad de un robot suave, dice, lo hizo excelente para manejar algo tan delicado como una gota. “No queremos romperlo”.
Kota y Zhao habían visto a otros científicos usar pequeños robots para mover sólidos. Pero nunca líquidos. Entonces, hace seis años, comenzaron a probar formas de levantar una gota.
La parte que hace que el robot se mueva, el actuador, era simple. Provino de un diseño de Zhao. Retorcieron un hilo de nailon, como un hilo de pescar, en una bobina. Cuando se aplica voltaje a la bobina, se expande. De esa manera, actúa como el “músculo” del robot.
Los investigadores colocaron la bobina entre dos materiales delgados. Uno era rígido, por lo que resistía la flexión. El otro material era cinta adhesiva ordinaria de doble cara. Cuando se aplicó un voltaje y la bobina se expandió, la cinta flexible se dobló fácilmente, y el otro material no.
“La diferencia de rigidez creó un movimiento de flexión”, dice Zhao. Para un observador, parece un dedo, doblándose lentamente.
Finalmente, rociaron la capa superomnifóbica sobre la cinta. Esto aseguró que la gota de líquido pudiera ser sostenida por la pinza sin adherirse a ella.
Encontrar un propósito útil para ello.
Conseguir el diseño correcto tomó meses de prueba y error. Por ejemplo, el equipo luchó por encontrar algo a lo que se adhiriera un material superomnifóbico. (Si repele todo, después de todo, entonces no debería adherirse a nada). Kota lo comparó con la pintura en una pared: si una pared comienza a doblarse, la pintura se desprenderá. Pero señala que “cuando el actuador se está deformando, el recubrimiento no debería desprenderse”. Al final, la superficie adhesiva áspera de la cinta funcionó para mantener el recubrimiento.
El grupo completó su diseño en 2017. Sin embargo, por genial que fuera, no tenía un uso obvio.
Pero en 2020, llegó la pandemia de COVID-19. De repente, este transportador de gotas de líquido parecía la tecnología adecuada para ayudar a las personas a manejar fluidos tóxicos o infecciosos de manera segura. “Podrían usarlo para poner el líquido en un vial [to] haz una prueba de diagnóstico”, explica Kota.
Los actuadores giratorios y enrollados ofrecen una forma inteligente y sencilla de alimentar robots blandos, dice Xiaoguang Dong. Él es ingeniero en la Universidad de Vanderbilt en Nashville, Tennessee. El nuevo dispositivo, dice, combina hábilmente dos tecnologías existentes.
Pero duda de que los laboratorios de enfermedades infecciosas estén buscando un dispositivo de este tipo. “Para mí, esto no es realmente práctico”, dice. “La cantidad de gotas que se pueden manipular es muy pequeña. Necesitan dedos robóticos accionados independientemente para manipular varios [droplets]. Si quieres manipular cientos de gotas, ¿cómo lo haces?
Kota y Zhao están de acuerdo en que se necesita más trabajo para que sus pinzas sean realmente útiles. “Solo demostramos un movimiento muy simple”, dice Zhao. Su equipo ahora está colaborando con microbiólogos y virólogos en nuevos dispositivos que podrían depender de las nuevas pinzas.
“¿Cómo podemos manipular las gotas en una situación realista?” pregunta Kota. Si pueden resolverlo, dice, el dispositivo podría ofrecer una forma económica de proteger a los trabajadores de laboratorio.
Esta es una de una serie que presenta noticias sobre tecnología e innovación, posible gracias al generoso apoyo de la Fundación Lemelson.
