Desde su invención a finales de 1700, cuando el físico británico nacido en Francia Denis Papin, el inventor de la olla a presión, propuso el principio del pistón, los pistones se han utilizado para aprovechar el poder de los fluidos para realizar trabajos en numerosas máquinas y dispositivos.
Los pistones convencionales están hechos de una cámara rígida y un pistón en el interior, que pueden deslizarse a lo largo de la pared interior de la cámara mientras que al mismo tiempo mantienen un sello hermético. Como resultado, el pistón divide dos espacios, que se llenan con dos fluidos y se conectan a dos fuentes de fluidos exteriores. Si los fluidos tienen diferentes presiones, el pistón se deslizará en la dirección con la presión más baja y al mismo tiempo puede impulsar el movimiento de un eje u otro dispositivo para realizar un trabajo físico. Este principio se ha utilizado para diseñar muchas máquinas, incluidos varios motores de pistón, elevadores hidráulicos y grúas, como las que se usan en sitios de construcción y herramientas eléctricas.
Sin embargo, los pistones convencionales tienen varios inconvenientes: la alta fricción entre el pistón en movimiento y la pared de la cámara puede ocasionar la ruptura del sello, la fuga y el mal funcionamiento gradual o repentino. Además, especialmente en el espectro de presión más bajo, las eficiencias energéticas y la velocidad de respuesta a menudo son limitadas.
Ahora, un equipo de expertos en robótica del Instituto Wyss de Harvard para Ingeniería de Inspiración Biológica, la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard, y el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) han desarrollado una nueva forma de diseñar pistones que reemplaza su Elementos rígidos convencionales con un mecanismo que utiliza estructuras compresibles dentro de una membrana hecha de materiales blandos.
Los ‘pistones de tensión’ resultantes generan más de tres veces la fuerza de los pistones convencionales comparables, eliminan gran parte de la fricción y, a bajas presiones, son hasta un 40 por ciento más eficientes energéticamente. El estudio se publica en Advanced Functional Materials.
«Estos» pistones de tensión «fabricados con estructuras que incorporan materiales blandos y flexibles son un enfoque fundamentalmente nuevo para la arquitectura de los pistones, que abre un amplio espacio de diseño. Se podrían colocar en máquinas, reemplazar los pistones convencionales, proporcionando una eficiencia energética mejorada», dijo el Instituto Wyss. Wood, Ph.D., miembro fundador de la Facultad principal y coautor correspondiente, que también es profesor de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Charles River en SEAS y co-líder de la Iniciativa de Robótica Suave Bioinspirada del Instituto Wyss. «Es importante destacar que este concepto también permite una gama de nuevas geometrías y variaciones funcionales que pueden permitir a los ingenieros inventar nuevas máquinas y dispositivos y miniaturizar los existentes».
