Investigadores de la Universidad de Jiangsu han desarrollado una plataforma robótica blanda sensible a la luz basada en elastómeros de cristal líquido (LCEs) que permite movimiento programable de escalada y cambio de forma mediante programación estructural jerárquica y topológica. El trabajo, publicado el 11 de octubre de 2025 en la revista Chinese Journal of Polymer Science, demuestra cómo controlar la orientación molecular y la topología puede desbloquear patrones de movimiento que incluyen enrollamiento, tensado, locomoción y autobloqueo en sistemas robóticos blandos.
El estudio presenta una estrategia de diseño jerárquico que diseña LCEs en estructuras programables capaces de transformación reversible hélice-plano, escalada controlada por NIR y comportamientos de bloqueo dependientes de la topología. Al integrar nanohilos de plata fototérmicamente sensibles y LCEs mecánicamente prealineados, los actuadores logran operación remota, agarre adaptable al terreno e incluso escalada de postes similar a los koalas. Los investigadores fabricaron películas de LCE mediante una reacción de tiol-acrilato en dos etapas e introdujeron preprogramación helicoidal que alcanza 1000% de deformación, lo que mejoró significativamente la alineación molecular verificada por patrones de dispersión de rayos X a bajo ángulo.
Una estructura de tres capas (AgNW/LCE/PI) mejoró la absorción de NIR mediante resonancia de plasmón superficial localizada, permitiendo conversión fototérmica-mecánica eficiente. Estos materiales mostraron conmutación reversible helicoidal-planar, permitiendo agarre de objetos a través de plataformas multi-terreno como cuevas, pendientes de colinas y cañones. Bajo iluminación, el actuador se contrae con ángulos de flexión controlables y rendimiento cíclico estable. Un actuador similar a una enredadera logró escalada impulsada por luz mediante contracción secuencial de regiones cola-cuerpo-cabeza, impulsada por gradientes de temperatura viajeros durante el escaneo NIR, con imágenes infrarrojas confirmando transferencia de calor coordinada durante la escalada en postes verticales.
El equipo introdujo además programación topológica de Möbius, donde estructuras con torsión de 180° permitieron actuación reversible, mientras que torsiones de 360° produjeron deformación de autobloqueo, formando anillos concéntricos o estados "en forma de 8" dependiendo de la iluminación. Basado en este mecanismo, se desarrolló un dispositivo de escalada inspirado en koalas, capaz de avanzar ~5-7 mm por ciclo y escalar varillas inclinadas, incluso mientras carga 1.6 g. Los autores enfatizan que el avance clave radica en integrar programación de orientación molecular con actuación topológica activada por luz, señalando que las estructuras jerárquicas de LCE permiten modos de actuación previamente inaccesibles para la robótica blanda convencional.
Este diseño demuestra cómo la programación estructural a escalas moleculares y geométricas desbloquea comportamientos de cambio de forma que se asemejan a zarcillos biológicos y animales. Los investigadores creen que el enfoque ofrece un marco general para diseñar futuros sistemas robóticos blandos capaces de navegar entornos tridimensionales complejos. El estudio presenta una estrategia escalable para la robótica blanda de próxima generación, donde un único sistema material puede escalar, agarrar, anclar y reconfigurarse sin electrónica ni actuadores rígidos. Las aplicaciones potenciales incluyen inspección de tuberías, herramientas quirúrgicas mínimamente invasivas, exploración ambiental y micromanipulación bajo guía NIR.
La topología programable de Möbius proporciona una nueva ruta para memoria mecánica y estructuras de bloqueo, permitiendo locomoción energéticamente eficiente y dispositivos desplegables. El desarrollo futuro puede enfocarse en integrar módulos de detección, aumentar la velocidad de respuesta y extender la operación a plataformas autónomas sin ataduras. El trabajo destaca cómo la lógica estructural bioinspirada puede transformar LCEs en sistemas robóticos adaptativos. La investigación está documentada en el artículo de revista disponible en https://doi.org/10.1007/s10118-025-3418-3.
