Pueden expandirse y contraerse miles de veces y soportar temperaturas que van desde -190 a más de 1600 ° C. Es más, son casi tan ligeras como el aire, transparentes, conductoras y flexibles.
El material, presentado en la publicación Science de esta semana, fue elaborado por Ray Baughman, director del Instituto Nanotech en la Universidad Tecnológica de Dallas, que está desarrollando diversos tipos de "músculos artificiales" a base de nanotubos de carbono para la prostética y la robótica. Estos materiales cambian de forma y tamaño en respuesta a señales eléctricas o químicas algunos se amplían hasta en un 1% y ejercen 100 veces más fuerza que un músculo humano natural en la misma zona.
Los accionadores nuevos, por otra parte, se amplían hasta en un 200%, pero generan fuerzas pequeñas por unidad de superficie, lo que los hace menos que ideales para muchas aplicaciones, incluída la robótica. Sin embargo, sus propiedades novedosas, sobre todo su rango de temperatura, podrían posibilitar aplicaciones nuevas apasionantes. "Ninguna otra tecnología de accionadores puede proporcionar una acción en estas temperaturas extremas", según Baughman. "Y estas tasas de accionar son gigantes".
Qibing Pei, profesor de ingeniería de materiales en la Universidad de Los Ángele, en Califo ia (Estados Unidos), considera que el material podría ser un buen candidato para las alas que cambian de forma en los aviones. Pei ha desarrollado accionadores de polímero que se amplían hasta en un 400% y funcionan entre -40 y 200° C.
Dado que las cintas de nanotubos son ultraligeras y pueden soportar temperaturas extremas, tal vez también podrían ser útiles para hacer partes de naves espaciales que cambien de forma, según Yoseph Bar-Cohen, investigador científico de alto rango en el Jet Propulsion Laboratory de la NASA (Estados Unidos). "Es emocionante que el material se comporte de esta manera dentro de una amplia gama de temperaturas", explica. "Por un lado tenemos a Marte y en el otro lado tenemos a Venus. Sus temperaturas están dentro de la gama de rendimiento de este material".
nPero por ahora, Baughman y sus colegas se están centrando en aplicaciones ópticas para el material. Dado que los nanotubos de carbono son altamente conductivos, las láminas flexibles tal vez podrían usarse para hacer electrodos para células solares y diodos orgánicos emisores de luz con transparencia y conductividad controlables. "Para esa aplicación, quieres ajustar la densidad de los nanotubos de carbono por unidad de área", aporta Baughman. "Eso determina la cantidad de transparencia de la lámina". En el artículo de Science, los investigadores muestran que las cintas pueden depositarse sobre un sustrato de silicio en su estado ampliado, más transparente. Las cintas también difractan la luz así que tal vez podrían resultar útiles en las comunicaciones ópticas. Cambiar sus dimensiones envía diferentes longitudes de onda de luz en diversas direcciones.
Los investigadores crean el material cultivando nanotubos de carbono enrollados y, a continuación, estiran los paquetes de nanotubos entrelazados para hacer las cintas. Cuando se aplica una corriente a esas cintas, los nanotubos se cargan y se empujan, alejándose unos de otros, haciendo que el material se expanda. Normalmente vuelve a su estado original cuando se elimina la corriente.
Las cintas probablemente tendrán que generar aún más fuerza antes de que sean prácticas para muchas aplicaciones. En este momento, generan 32 veces tanta fuerza por unidad de superficie como los músculos del corazón, lo que es mucho para sus dimensiones a nanoescala, según afirma Ian Hunter, profesor de ingeniería mecánica del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). Sin embargo, los polímeros electroactivos generan hasta ocho veces más fuerza por unidad de superficie que las láminas de nanotubos. "Para músculos artificiales, necesitas un gran cambio en la fuerza junto con un gran cambio en la longitud", indica Hunter.
Los accionadores de polímero también necesitan sólo unos pocos voltios para contraerse. Las cintas, en cambio, requieren de tres a cinco kilovoltios, lo que para Hunter es demasiado alto para su uso en seres humanos y superior a lo ideal para la robótica. Sin embargo, añade que "las cintas de nanotubos hallarán aplicaciones numerosas e importantes, ya que cambian sus dimensiones mucho más rápido que los accionadores de polímero".
La densidad ultrabaja de las láminas podría ser la razón por la que no generan grandes fuerzas. John Madden, profesor de ingeniería informática y eléctrica de la Universidad de British Columbia en Vancouver (Canadá), sugiere que una manera de aumentar la fuerza que brindan podría ser la de fabricar láminas más densas y aumentar el grado de vinculación entre los nanotubos.