Diseño y fabricación de elastómeros magnetoreológicos inteligentes auxéticos con potenciales aplicaciones en soft robots

Abstract

El desarrollo de materiales inteligentes, es decir, que mediante cambios estructurales responden a perturbaciones en el ambiente como temperatura, pH, entre otros, se ha incrementado en los últimos años por su utilidad en múltiples aplicaciones. De estos, destacan los elastómeros magnetoreológicos (MREs), por sus usos como sensores o actuadores en soft robots gracias a su susceptibilidad frente a campos magnéticos. Recientemente, se ha estudiado el desempeño de estos dispositivos al incorporar diseños auxéticos, que han sido objeto de atención por su capacidad de expandirse transversalmente ante un esfuerzo de tracción, abriendo nuevas oportunidades. En ese sentido, el objetivo de esta memoria es fabricar MREs auxéticos para comparar su desempeño en cuanto a propiedades mecánicas, magnéticas y de inteligencia bajo campos magnéticos con dirección e intensidad variables, en pruebas de actuación, con el fin de evaluar sus potenciales aplicaciones en soft robots. Estos materiales son fabricados a partir de Ecoflex y nanopartículas de CoFe_2 O_4 ferrimagnéticas de dominio único, sintetizadas por coprecipitación. De ello, se obtienen muestras de geometría rectangular, cortadas por láser para obtener un diseño auxético de cuadrados rotatorios y en cada prueba se comparan con muestras sin cortar (continuas). En propiedades mecánicas, las nanopartículas aumentan la fragilidad del elastómero, debido una baja interacción química que se traduce en aglomeraciones. Por otro lado, en pequeñas deformaciones el diseño auxético reporta un coef. de Poisson de -1, gracias a la mayor flexibilidad en los puntos de unión de los cuadrados. En propiedades magnéticas, ambas muestras responden siguiendo la fuerza de atracción generada por un imán en movimiento. Además, el elastómero auxético se expande, e incluso su mayor flexibilidad le permite enrollarse sobre sí mismo. Las capacidades de actuación son estudiadas mediante mecanismos de locomoción rectilínea, utilizando los efectos de atracción y repulsión magnética de un imán que sigue ciclos de acercamiento y alejamiento de la muestra. En una superficie plana rugosa, el diseño auxético logra desplazarse 5 a 7 veces más distancia por ciclo que el continuo, pudiendo además superar escalones de la misma altura que su grosor, aprovechando la expansión auxética debido a la fuerza de roce. La capacidad de enrollamiento se utiliza para lograr una locomoción donde la muestra rueda a través de una superficie, hasta 20 veces más rápida que el mecanismo anterior. En conclusión, la muestra auxética responde de forma inteligente a campos magnéticos gracias a su diseño, logrando al menos dos mecanismos de locomoción con diferentes características como velocidad y adaptabilidad a superficies rugosas. Esto lleva a nuevas oportunidades de exploración en potenciales aplicaciones de soft robots, como transporte y liberación de sustancias. Además, se puede complementar con nuevas funciones, como recubrir superficies sinclásticas, atrapar y soltar objetos, y escalar sus dimensiones para usos biomédicos.