Caracterización de músculos artificiales con capacidades sensores/actuadores e intercambio mayoritario de cationes"

Resumen

Resumen de la tesis: "Caracterización de músculos artificiales con capacidades sensores/actuadores e intercambio mayoritario de cationes” Objetivo: Caracterizar actuadores electroquimiomecánicos con intercambio mayoritario de cationes para evaluar sus potencialidades sensoras /actuadoras. En esta tesis se describe la síntesis electroquímica de películas gruesas de polipirrol/DBS. Las películas se despegan del electrodo y se usan como electrodos autosoportados, para construir bicapas (pPy/DBS-cinta adhesiva) o tricapas (pPy/DBS-cinta-pPy/DBS). El comportamiento electroquímico de la película polimérica, utilizada como electrodo autosoportado, es caracterizado mediante diferentes técnicas electroquímicas. Repitiendo la caracterización variando ahora la concentración del medio, la temperatura de trabajo o la corriente de oxidación/reducción se investigó y cuantificó la capacidad de las reacciones del material para sentir (capacidad sensora) las condiciones de trabajo. Se realiza la caracterización electroquímica y del movimiento de bicapas pPy/DBS-cinta (músculo artificial de bicapa), que es registrado en video. De los video-frames se obtiene la evolución del ángulo descrito por el músculo con el potencial aplicado o con la carga consumida. Se confirma así que la reacción que provoca el movimiento en el rango completo de potenciales estudiados origina la expulsión de cationes desde el polímero conductor durante su oxidación y su entrada durante la reducción. El actuador polimérico es un motor faradaico controlado por la reacción electroquímica que origina del movimiento: la velocidad angular es una función lineal (control sencillo de la velocidad) de la corriente eléctrica aplicada y el ángulo descrito por el movimiento es una función lineal de la carga consumida (también provee otro control sencillo del desplazamiento). A potenciales muy catódicos se produce algo de hidrógeno, provocando un desplazamiento (creeping) del movimiento en cada ciclo: hay que evitarlo porque complica el control lineal del desplazamiento. Los desplazamientos angulares del músculo consumiendo la misma carga en disoluciones acuosas de sales con distintos cationes permitió cuantificar el número de moléculas de agua intercambiado por unidad de reacción (o por catión) durante la reacción. La evolución del potencial muscular y de la energía eléctrica consumida durante la reacción siente las condiciones energéticas de trabajo: energía química (concentración del electrolito), energía térmica (temperatura de trabajo) o energía eléctrica (corriente aplicada). El motor polimérico siente, mientras trabaja, sus condiciones de trabajo. El dispositivo imita a los músculo hápticos de los seres vivos. Las curvas de calibración para los diferentes sensores han sido obtenidas. Las tricapas (pPy/DBS-cinta-pPy/DBS) también se comportaron como músculos faradaicos que sienten, mientras trabajan, las condiciones térmicas, químicas, mecánicas o eléctricas. En un dispositivo trabajan, simultáneamente, un motor y cuatro sensores. Toda la información actuadora (corriente y carga) y sensora (potencial y energía eléctrica) está contenida, simultáneamente, en los dos únicos cables de conexión. El sistema potenciostato-cables-músculo-celda electroquímica actúa como el sistema natural celebro-nervios-músculos. http://repositorio.bib.upct.es/dspace/