Imagina un iPad o un Kindle para ciegos, con braille inflable que cambia de forma cuando el usuario lo toca. Un equipo dirigido por Cornell ha creado un componente crucial para esta tecnología: un conjunto háptico de actuadores densamente empaquetados que hacen saltar "puntos" de membrana de silicona cuando se activan mediante la combustión.
El artículo del equipo, "Valveless Microliter Combustion for Densely Packed Arrays of Powerful Soft Actuators", se ha publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences. El autor principal es el estudiante de doctorado Ronald Heisser.
Uno de los principales obstáculos a la hora de diseñar una pantalla braille dinámica para la electrónica es averiguar cómo aplicar la cantidad de fuerza necesaria para cada punto. Según Rob Shepherd, profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial de la Facultad de Ingeniería y autor principal del artículo, los intentos anteriores solían implicar motores, sistemas hidráulicos o bombas atadas, todos ellos engorrosos, complejos y caros.
"Tener algo que pueda cambiar su forma de una manera que puedas sentir, como los objetos reales, no existe ahora mismo. Hay un equilibrio entre los actuadores pequeños, el tamaño, el peso y el coste. Es muy difícil", dice Shepherd. "Todo el mundo ha estado probando sistemas electromecánicos. Así que nos dijimos, bueno, ¿y si no lo hacemos en absoluto y utilizamos la combustión? Pequeños volúmenes de gas pueden crear potentes salidas".
El equipo de Cornell colaboró con investigadores del Instituto Tecnológico Technion-Israel para diseñar un sistema, compuesto principalmente por silicona moldeada y trazos microfluídicos de metal líquido, en el que los electrodos de metal líquido provocan una chispa para encender un volumen a microescala de metano y oxígeno premezclados. En su diseño de matriz, este combustible fluye a través de una serie de canales independientes, cada uno de los cuales conduce a un actuador de 3 milímetros de ancho. La rápida combustión obliga a una fina membrana de silicona en cada lugar a inflarse varios milímetros. Un sistema de enclavamiento magnético da a estos puntos su forma persistente, y todo el sistema puede restablecerse simplemente presionándolos.
Al no ser necesarias las válvulas electromecánicas, los actuadores pueden agruparse más densamente, lo que da lugar a un sistema más pequeño y potencialmente portátil que sigue produciendo grandes desplazamientos con una fuerza elevada en menos de un milisegundo. Y como los actuadores de elastómero fluido se enfrían rápidamente y se necesita tan poco combustible, una versión comercial podría funcionar con seguridad.
La tecnología también es estirable y conformable, y los investigadores prevén que podría incorporarse a toda una serie de aplicaciones, como robots blandos y equipos de realidad virtual vestibles que simulen el tacto artificial. Los componentes biocompatibles también podrían utilizarse para herramientas quirúrgicas que manipulen tejidos o abran pasajes bloqueados en pacientes médicos.
El sistema actual consta de nueve actuadores de elastómero fluido, pero los investigadores esperan ampliarlo y crear finalmente una pantalla táctil electrónica completa.
"Durante los últimos 30 años o más, la gente ha intentado empaquetar los actuadores en una matriz muy juntos", dijo Heisser. "El tacto, en cierto modo, es más íntimo para nosotros que la vista. La tecnología tiene un potencial real. Creo que nuestro trabajo demuestra que hay más formas de pensar en esto. La actuación química no es algo que deba ignorarse".
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