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MÚSCULOS ARTIFICIALES Basados en Polímeros Conductores. ÍNDICE:. Introducción Conductividad de los polímeros Evolución de los músculos Artificiales Mecanismo de Cambio de Volumen Comparación con Músculos Naturales Ventajas y limitaciones Mejoras en su funcionamiento Aplicaciones

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M sculos artificiales basados en pol meros conductores
MÚSCULOS ARTIFICIALESBasados en Polímeros Conductores

Carmen Carrión – Iván J. Fontán


Ndice
ÍNDICE:

  • Introducción

  • Conductividad de los polímeros

  • Evolución de los músculos Artificiales

  • Mecanismo de Cambio de Volumen

  • Comparación con Músculos Naturales

  • Ventajas y limitaciones

  • Mejoras en su funcionamiento

  • Aplicaciones

  • Bibliografía

Carmen Carrión – Iván J. Fontán


1 introducci n
1.- Introducción

  • El Premio Nóbel de Química del 2000 fue otorgado a Alan Heeger, Alan MacDiarmid (ambos norteamericanos) y al japonés Hideki Shirakawa

  • Los polímeros conductores son materiales con enormes posibilidades de aplicación .

  • Los polímeros conductores son macromoléculas formadas por monómeros con un sistema -conjugado que pueden sufrir en su distribución electrónica alteraciones provocadas por moléculas dopantes.

Carmen Carrión – Iván J. Fontán


  • Desarollo de materiales para imitar el funcionamiento de los músculos

  • Para ello nuestro material tenía que tener las siguentes características:

  • Tensiones grandes

  • Durabilidad (curso de la vida largo, alta estabilidad)

  • Alta densidad de la fuerza (0.1 - 0.5 MPa)

  • Tiempo de reacción rápido (0.01 - 0.1 s)

  • Cociente de la alta energía/peso (≈ 0.1 kW/kg)

  • Química macromolecular similar a las proteínas

Carmen Carrión – Iván J. Fontán


La conductividad electr nica
La conductividad electrónica músculos

  • Se consigue dopando el polímero

  • Tipo n, agregan electrones a la banda de conducción

  • Tipo p quitan electrones de la banda de la valencia

  • Los podemos dopar electroquímicamente o vía fotodopaje

Carmen Carrión – Iván J. Fontán


2 evoluci n de los m sculos artificiales
2.- músculosEvolución de los Músculos Artificiales

  • La primera generación de músculos artificialesgeles poliméricos no conductores

  • La segunda generación.Otero y colaboradores en 1992 con polímeros conductores

  • Mejorando la síntesis de película de polipirrol se consigió 180 grados en 4-6 segundos

Carmen Carrión – Iván J. Fontán


Carmen Carrión – Iván J. Fontán


3 mecanismo de cambio de volumen
3.- Mecanismo de cambio de volumen polipirrol capaz de mover masa de acero varios cientos de veces

  • 1982 usando las membranas de polipirrol permeabilidad de membrana a ciertos iones se podría cambiar en dos órdenes de magnitud, bajo la polarización de potenciales diferentes

  • Los cambios de volumen en el polímero conductor son debidos al movimiento iónico producido durante una reacción electroquímica

Carmen Carrión – Iván J. Fontán


  • 1991 Baughman polipirrol capaz de mover masa de acero varios cientos de veces, probar usar estos cambios de volumen probocar movimiento mecánico.

  • 1992 Otero patento el primer músculo artificial. Una bicapa de PPy/(ClO4-) con un polímero inactivo y flexible adherente.

  • Mediante una reaccion quimica se producia los cambios conformacionales en su estructura y asi producir movimiento.

Carmen Carrión – Iván J. Fontán


3 1 movimiento bicapa
3.1 Movimiento bicapa polipirrol capaz de mover masa de acero varios cientos de veces

  • A) Movimiento de una bicapa polímero conductor/cinta adhesiva, con la distribución de tensiones entre el polímero y la cinta y con los movimientos de aniones.

  • (B) Esquema del movimiento macroscópico de una bicapa polipirrol/no conductor en una disolución electrolítica

Carmen Carrión – Iván J. Fontán


3 2 movimiento tricapa
3.2 Movimiento tricapa polipirrol capaz de mover masa de acero varios cientos de veces

  • Ensamblar dos películas polipirrol

  • Una de las capas de polímero conductor se conecta como electrodo de trabajo, y la otra se conecta como contraelectrodo

  • Cuando se oxida la que esta conectada electrodo de trabajo, se produce la expansión de ésta , y la otra película se contrae.

  • En disolución acuosa de LiClO4.

  • Uno problemas es la generación de movimientos angulares primarios

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4 comparaci n con los musculos naturales
4.- Comparaci polipirrol capaz de mover masa de acero varios cientos de vecesón con los musculos naturales

  • Diferencias

Músculos naturales

Músculos artificiales

  • Trabajo mecánico

  • Movimiento

Corriente eléctrica

Contracción y expansión

Cambios miosina

Contracción

  • Características comunes

  • Trabajo produce cambio de volumen

  • Intercambio de iones con el medio

  • Transformación energética ocurre a una temperatura constante y

  • en medio acuoso.

  • Pulsos eléctricos ligados generación del movimiento

  • Un movimiento mecánico controlado

  • Energía química en energía mecánica

  • Estructura macromolecular comparable

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5 ventajas y limitaciones
5.-Ventajas y limitaciones polipirrol capaz de mover masa de acero varios cientos de veces

  • Ventajas:

  • Perfecto control que se tiene sobre la velocidad y dirección del movimiento, mediante la intensidad de corriente eléctrica que fluye y el sentido de flujo. Al cesar el flujo de corriente, el movimiento se detiene en un punto y la posición alcanzada se mantiene estable.

  • Presentan buena resistencia mecánica, voltajes de operación bastante bajos y poco peso.

  • La velocidad del proceso depende de la velocidad de difusión de los iones en el polímero sólido

  • La capacidad de estiramiento del polímero depende exclusivamente de la variación de volumen que experimenta al intercambiar iones con el medio

  • Tienen un tiempo de vida relativamente corto

  • Limitaciones:

Carmen Carrión – Iván J. Fontán


5 1 mejoras en los musculos artificiales
5.1 Mejoras en los musculos artificiales polipirrol capaz de mover masa de acero varios cientos de veces

  • Metal elástico llamado "alambre con memoria de la forma".

  • La luz de una frecuencia específica activaría un onda de carga que avanzaría en la molécula de polímero

  • Músculos artificiales mediante fibras que actuasen como micro motores ,usando nitinol.

  • Ventajas de nitinol,puede deformarse

    millones de veces.

  • Desventaja, las largas exposiciones a

    temperaturas lo puede alterar.

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6 aplicaciones
6.- Aplicaciones polipirrol capaz de mover masa de acero varios cientos de veces

6.1 Músculos artificiales para píldoras

  • Pueden "inyectar" el medicamento sin necesidad de una inyección

  • Gran utilidad para diabeticos

  • La técnica está en estudio y es susceptible de ser perfeccionada

    6.2 Músculos artificiales para televisores

  • Control de ”superprismas” que llevaria el color real a nuestras monitores

  • Regilla de difraccion que permitira observar todos los colores

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6.4 Músculos Artificiales con sensibilidad al acto polipirrol capaz de mover masa de acero varios cientos de veces

  • nuevo músculo sirve para manejar extremidades robóticas.

  • Este trabajo gran relevancia permitiría trabajos de alta precisión en cualquier entorno que resulte de muy difícil acceso a una persona

    6.4 Traje especial para discapacitados

  • Panasonic ha presentado un traje con músculos artificiales, su objetivos es ayudar a personas con dificultades de movilidad

Carmen Carrión – Iván J. Fontán


7 bibliograf a
7.- Bibliografía polipirrol capaz de mover masa de acero varios cientos de veces

  • http://wwwprof.unidandes.edu.co/infquimi/revista01/id89.htm

  • Handbook of organic conductive molecules and polymers. Nalwa. Herisngh

  • http://www.ucm.es/info/policond/polimeros_conductores.htm

  • Introducción a la química de los polímeros. Seymour, Reimond

  • Enciclopedia de tecnología química. Kirk

  • Revista avance y perspectiva. Vol.20. enero-febrero 2001

  • Página web ciencia y salud: http://canales.laverdad.es/cienciaysalud/6_3_7.html

  • http://wwwprof.uniandes.edu.co/~infquimi/revista01/id89.htm

  • http://wwwprof.uniandes.edu.co/~marcorte/Documentos/cortes_200803.pdf

  • Revista e-polymers 2003.no.041- Artificial muscles based on conducting polymers. http://www.e-polymers.org

  • http://www.upct.es/~equimica/laboratorio/musculos_artificiales.htm

  • http://news.bbc.co.uk/hi/spanish/science/newsid_5274000/5274392.stm

  • http://investigacion.universia.es

Carmen Carrión – Iván J. Fontán


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