¿Qué tienen en común las siguientes cosas: un dispositivo médico implantado con su propia fuente de alimentación, un robot blando con apariencia humana y cómo escuchamos el sonido de diferentes cosas? La respuesta a por qué estos dos fenómenos biológicos y tecnológicos diferentes son similares radica en cómo los materiales que los componen pueden cambiar significativamente su tamaño y forma cuando se envía una señal eléctrica. Algunos materiales en la naturaleza pueden actuar como un convertidor de energía que se deforma cuando se envía una señal eléctrica o proporciona electricidad cuando se estimulan. Esto se llama piezoelectricidad y es útil en la fabricación de sensores y electrónica láser, entre otras cosas. Sin embargo, estos materiales naturales son raros y consisten en estructuras cristalinas rígidas que a menudo resultan tóxicas para los seres humanos. Los polímeros artificiales proporcionan medidas para aliviar estos importantes inconvenientes eliminando la escasez de materiales y creando polímeros blandos que pueden doblarse y estirarse, conocidos como elastómeros blandos. Anteriormente, estos elastómeros blandos carecían de propiedades piezoeléctricas clave. Para superar este inconveniente, Kosar Mozaffari, estudiante de posgrado de la Facultad de Ingeniería Cullen de la Universidad de Houston, Pradeep Sharma, profesor del MD Anderson y presidente del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Houston, y Matthew Grasinger, LUCI, ofrecen una solución. Investigador Postdoctoral en el Laboratorio de Investigaciones de la Fuerza Aérea.
"Esta teoría establece una conexión entre la electricidad y el movimiento mecánico en materiales blandos de goma", dijo Sharma. Si bien algunos polímeros son débilmente piezoeléctricos, ningún material gomoso blando posee propiedades piezoeléctricas. Estos científicos, a través de sus esfuerzos, intentan demostrar cómo se puede aumentar el rendimiento flexoeléctrico en materiales blandos. "La flexoelectricidad en la mayoría de los materiales de caucho blando es bastante débil", dijo Mozaffari, pero al reorganizar las cadenas en celdas unitarias a nivel molecular, nuestra teoría muestra que los elastómeros podrían tener una flexoelectricidad casi diez veces mayor que la cantidad convencional.
Los beneficios de esta nueva teoría van más allá. En el proceso de investigación surgió la posibilidad de diseñar una celda unitaria que sea invariante a la tensión o que permanezca sin cambios en caso de una transformación de tensión no deseada. "Para algunas aplicaciones, es necesario generar una cantidad específica de electricidad independientemente de la deformación del tramo, mientras que para otras aplicaciones, es necesario generar la mayor cantidad de electricidad posible, y diseñamos para ambas", dijo Mozaffari. “En nuestra investigación, descubrimos un método para hacer invariante el alargamiento de una celda unitaria. La naturaleza sintonizable de la dirección flexoeléctrica puede ser útil para crear robots y sensores fluidos”, añadió. En otras palabras, la cantidad de energía eléctrica generada por diversos estímulos se puede controlar para permitir que los dispositivos realicen acciones específicas. Esto podría perjudicar el rendimiento de los dispositivos electrónicos autosuficientes. En los próximos pasos, esta teoría se probaría en un laboratorio utilizando posibles aplicaciones. Además, los esfuerzos para mejorar el efecto flexoeléctrico en elastómeros blandos serían el foco de futuras investigaciones.
