Las ruedas accionadas químicamente se “transforman” en engranajes

Universidad de Pittsburgh, Pensilvania

El engranaje es una de las herramientas mecánicas más antiguas y condujo a máquinas que van desde los primeros sistemas de riego y relojes hasta los motores y la robótica modernos. Los investigadores han utilizado una reacción catalítica que hace que una hoja bidimensional recubierta químicamente se "transforme" espontáneamente en un engranaje tridimensional que realiza un trabajo sostenido.

Los hallazgos indican el potencial para desarrollar máquinas impulsadas químicamente que no dependan de energía externa sino que simplemente requieran la adición de reactivos a la solución circundante. El modelado computacional ha demostrado que la transducción quimiomecánica (conversión de energía química en movimiento) en láminas activas presenta una forma novedosa de replicar el comportamiento de los engranajes en entornos sin acceso a fuentes de energía tradicionales.

En las simulaciones, los catalizadores se colocan en varios puntos de una lámina bidimensional que se asemeja a una rueda con radios, con nodos más pesados ​​en la circunferencia de la lámina. La lámina flexible, de aproximadamente un milímetro de longitud, se coloca luego en una microcámara llena de líquido. Se agrega un reactivo a la cámara que activa los catalizadores en la "rueda" plana, lo que hace que el fluido fluya espontáneamente. El flujo de fluido hacia adentro impulsa las secciones más ligeras de la hoja para que salten, formando un rotor activo que atrapa el flujo y gira.

En la naturaleza, los organismos usan energía química para cambiar su forma y moverse. Para que la nueva hoja química se mueva, también tiene que transformarse espontáneamente en una nueva forma, lo que le permite atrapar el flujo de fluido y realizar su función.

El equipo descubrió que no todas las piezas de los engranajes debían ser químicamente activas para que se produjera el movimiento; de hecho, la asimetría es crucial para crear movimiento. Al determinar las reglas de diseño para la ubicación, los investigadores podrían dirigir la rotación en sentido horario o antihorario. Este "programa" añadido permitía el control de rotores independientes para moverse secuencialmente o en efecto cascada, con sistemas de engranajes activos y pasivos. Esta acción más compleja está controlada por la estructura interna de los radios y la ubicación dentro del dominio fluido.

En el futuro, los investigadores investigarán cómo la organización espacial relativa de múltiples engranajes puede conducir a una mayor funcionalidad, potencialmente diseñando un sistema que parece actuar como si estuviera tomando decisiones.

Para obtener más información, póngase en contacto con Paul Kovach en Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Necesita tener Javascript activado para verlo..

Este artículo apareció por primera vez en la edición de junio de 2023 de la revista Tech Briefs.

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