Desarrollan músculos artificiales fabricados con impresora 3D

SUIZA- El sistema muscular es una red compleja y vital de tejidos especializados, compuesta por más de 600 músculos, que proporcionan tanto la fuerza como la movilidad necesaria para las diversas funciones físicas del cuerpo humano, desde el movimiento y la locomoción, hasta los latidos del corazón y la digestión de los alimentos.

Los músculos, que pueden ser de tipo esquelético, liso o cardíaco, cada uno con un papel específico y único en el cuerpo y con funciones que varían, se componen de fibras que tienen la capacidad de contraerse en respuesta a estímulos, lo que permite generar fuerza y movimiento, explican desde la Clínica Universidad de Navarra, en España.

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Ahora, un equipo de investigadores de los Laboratorios Federales Suizos de Ciencia y Tecnología de Materiales (Empa), están desarrollando un tejido artificial con las mismas propiedades de las fibras musculares orgánicas, utilizando dos tipos de siliconas y dándole forma con una impresora en 3D, algo que es “mucho más fácil de decir que de lograr”, explican.

ACTUADORES BLANDOS EQUIVALENTES A “MUSCULOS ARTOFICIALES”

Hoy en día existen unos mecanismos equivalentes a músculos artificiales, pero se trata de componentes mecánicos duros que tienen poco en común con los músculos orgánicos.

Son los llamados actuadores, piezas que convierten los impulsos eléctricos en movimiento, y que se utilizan en todos aquellos elementos tecnológicos en los que hay que hacer que algo se mueva pulsando un botón, ya sea en la casa, en el motor de un coche o en plantas industriales de alta tecnología, según explican desde el Empa suizo.

Sin embargo, desarrollar músculos artificiales comparables a los músculos orgánicos es un gran reto técnico, porque no solo deben ser potentes, sino también elásticos y suaves, para poder estar a la altura de sus homólogos biológicos, según Patrick Danner, investigador del Laboratorio de Polímeros Funcionales de Empa.

Este investigador trabaja en el desarrollo de actuadores fabricados con materiales blandos impresos en 3D, unos componentes que algún día no solo impulsarán el movimiento de los robots, sino que además podrían ayudar a las personas en el trabajo o al caminar, como parte de exoesqueletos, o que incluso podrían reemplazar el tejido muscular lesionado.

Estos músculos artificiales, técnicamente denominados ‘actuadores elásticos dieléctricos’ o DEA, constan de dos materiales diferentes a base de silicona: un electrodo conductor y un material no conductor o dieléctrico.

“Estos materiales se entrelazan en capas, como se entrelazan los dedos de una mano. Si se les aplica un voltaje eléctrico a los electrodos, el actuador se contrae como un músculo. Al desconectar el voltaje, el actuador se relaja y recupera su posición original, al igual que un músculo”, explica Danner.

Los investigadores del Empa han desarrollado por primera vez un método para producir estas estructuras tan complejas mediante una impresora 3D, un logro técnico que no es algo trivial, según relata este especialista en materiales poliméricos.

CONCILIANDO MATERIALES CON PROPIEDADES CONTRADICTORIAS

Danner explica que para fabricar actuadores blandos que funcionen como músculos, tuvieron que utilizar dos “materiales con propiedades eléctricas muy diferentes pero que fueran capaces de comportarse de forma muy similar durante el proceso de impresión”.

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Además, tuvieron que lograr que al imprimirlos en 3D esos materiales no se mezclasen entre sí, sino que se mantuviesen unidos en el producto final generado por la máquina impresora.

Una estructura de esas características es difícil de imprimir, según explica Danner, porque “los ‘músculos’ impresos deben ser lo más blandos posible para que un estímulo eléctrico pueda causar la deformación necesaria.

“A esto se suman los requisitos que deben cumplir todos los materiales imprimibles en 3D: deben licuarse bajo presión para poder extruirse (salir por la boquilla) de la impresora, y después tener de inmediato la suficientemente viscosidad (resistencia a fluir) como para por conservar la forma impresa”, puntualiza.

”Estas propiedades (unirse sin mezclarse, blandura, viscosidad y capacidad de mantener la forma) suelen ser directamente contradictorias entre sí. Si se optimiza una de ellas, las otras cambian, y generalmente para peor”, afirma Danner.

En colaboración con investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich (ETH) de Zúrich, Danner y Dorina Opris, quien dirige el grupo de investigación Materiales Poliméricos Funcionales, han logrado conciliar muchas de estas propiedades contradictorias, según explica el Empa.

Lo han conseguido utilizando dos sustancias (denominadas ‘tintas especiales’ en el ámbito de la impresión en 3D), desarrolladas en Empa, e imprimiéndolas mediante una boquilla desarrollada por los investigadores Tazio Pleij y Jan Vermant. de la ETH https://ethz.ch/en.html.

DE GUANTES DE REALIDAD VIRTUAL A CORAZONES QUE LATEN

Esta colaboración forma parte del proyecto Manufhaptics, cuyo objetivo es desarrollar un guante que haga tangibles los mundos generados mediante la tecnología de Realidad Virtual (RV). Los actuadores blandos funcionales o ‘músculos artificiales’ están diseñados para simular el agarre de objetos mediante RV.

Sin embargo, existen muchas otras aplicaciones potenciales para esos ‘músculos artificiales’, que pesan poco, son silenciosos y se pueden moldear según distintas necesidades, gracias al nuevo proceso de impresión 3D desarrollado por Empa y ETH.

Estos ‘músculos’ podrían sustituir a los actuadores convencionales en automóviles, maquinaria y robótica, y también podrían utilizarse en aplicaciones médicas, si se desarrollan aún más, según Opris y Danner, que ya están trabajando en ello.

El nuevo proceso que han desarrollado permite imprimir no solo formas complejas, sino también fibras elásticas largas.

“Si conseguimos hacer que esas fibras sean un poco más finas, podemos aproximarnos bastante al funcionamiento de las fibras musculares reales”, afirma Opris.

Esta reconocida investigadora cree que en el futuro podría ser posible imprimir un corazón entero a partir de estas fibras impresas en 3D, aunque “todavía queda mucho por hacer antes de que este sueño se haga realidad”, concluye.

DESTACADOS:

- Investigadores de los laboratorios Empa, en colaboración con la universidad ETH, ambos en Suiza, desarrollan ‘actuadores blandos’, unos componentes que convierten los impulsos eléctricos en movimientos comportándose como músculos.

- Los llamados actuadores elásticos dieléctricos (DEA) se imprimen en 3D, son flexibles y resistentes, se contraen y relajan volviendo a su posición origina, y conservan su forma como un músculo biológico de fibra orgánica, explican desde el Empa.

- Estos músculos impresos se utilizarán “donde se requiera que algo se mueva pulsando un botón”, ya sea el motor de un coche, una máquina industrial o un robot, y cuando se consiga hacerlos más delgados, como las fibras musculares humanas, podrán utilizarse para “imprimir un corazón completo”, vaticinan.

Por Pablo Gutman EFE-Reportajes.