Ricercatori in Corea del Sud hanno sviluppato un elettrodo costituito da uno strato di carbonio dello spessore di un singolo atomo per aiutare a rendere i muscoli artificiali più durevoli.

Compositi metallici polimerici ionici (IPMC), spesso indicati come muscoli artificiali, sono attuatori polimerici elettroattivi che cambiano dimensione o forma quando stimolati da un campo elettrico. Gli IPMC sono stati ampiamente studiati per il loro potenziale utilizzo nella robotica ispirata alla natura, come veicoli sottomarini spinti da pinne simili a pesci, e nei dispositivi di riabilitazione per le persone con disabilità.

Un "motore" IPMC o attuatore, è formato da una membrana molecolare tesa tra due elettrodi metallici. Quando un campo elettrico viene applicato all'attuatore, la conseguente migrazione e ridistribuzione degli ioni nella membrana fa piegare la struttura. Gli attuatori IPMC sono noti per il loro basso consumo energetico, così come la loro capacità di piegarsi a bassa tensione e di imitare i movimenti che si verificano naturalmente nell'ambiente.

Hanno un grosso svantaggio, però. Le crepe possono formarsi sugli elettrodi metallici dopo un periodo di esposizione all'aria e alle correnti elettriche. Ciò può portare alla perdita di ioni attraverso gli elettrodi, con conseguente riduzione delle prestazioni.

Migliorare la durata degli attuatori IPMC è una sfida importante nel campo dei muscoli artificiali. I ricercatori stanno studiando modi per sviluppare un sistema flessibile, conveniente, elettrodo altamente conduttivo e privo di cricche che può essere utilizzato per costruire un attuatore polimerico durevole.

In un articolo pubblicato su ACS Nano , ricercatori del Korea Advanced Institute of Science and Technology riportano lo sviluppo di un elettrodo a film sottile basato su un nuovo composito polimero ionico-grafene (IPGC). Il grafene è uno strato di carbonio dello spessore di un singolo atomo con eccezionali caratteristiche meccaniche, proprietà elettriche e termiche. I nuovi elettrodi hanno una superficie esterna liscia che respinge l'acqua e non presenta crepe apparenti, che li rende quasi impermeabili ai liquidi. Hanno anche una superficie interna ruvida, che facilita la migrazione degli ioni all'interno della membrana per stimolare la flessione.

Il nuovo attuatore IPGC dimostra una durata eccezionale senza apparente degrado, anche con tensioni di ingresso molto elevate. Mostra la promessa per l'uso in dispositivi biomedici, robot "biomimetici" che imitano i movimenti che avvengono in natura, ed elettronica morbida flessibile.

I ricercatori riconoscono che ci sono ancora molte sfide e sono necessarie ulteriori ricerche per realizzare il pieno potenziale degli elettrodi a base di grafene e la loro successiva commercializzazione. Nel 2015, hanno in programma di migliorare ulteriormente le prestazioni di flessione degli attuatori, la loro capacità di immagazzinare energia e il loro potere.

Hanno anche in programma di sviluppare un robot biomimetico in grado di camminare e saltare sull'acqua come un falco d'acqua. Lo faranno costruendo attuatori IPGC galleggianti con prestazioni di flessione affidabili che possono continuare per un periodo di sei ore senza alcun cambiamento apparente nella durata.