El sueno de los materiales autorreparables
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El sueño de los materiales autorreparables

La impresión 4D promete materiales inteligentes, capaces de adaptarse y cambiar en función de los estímulos externos. Desde una tubería que puede repararse sola a tejidos biológicos programables, las aplicaciones de estas nuevas estructuras ya avanzan una transformación total de sectores como la construcción, la medicina o la robótica.

Los objetos capaces de doblarse, unirse y hasta repararse a partir de estímulos ya son una realidad y abren aplicaciones infinitas. Crédito: Kinny.

 

ISABEL RUBIO ARROYO | Tungsteno

En 2013 Skylar Tibbits, fundador del laboratorio de autoensamblaje del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés), explicó en 2013 que era posible agregar a un material de impresión 3D una nueva característica: la capacidad de transformarse a través del tiempo. Nacía así la impresión 4D, una tecnología que permite crear objetos que cambian tras reaccionar con el entorno: se doblan, se unen o se reparan. Si bien todavía es bastante incipiente, ya promete múltiples usos potenciales: desde tuberías capaces de repararse a muebles que se montan solos o ropa que cambia en función del clima.

La consultora estratégica Gartner estima en sus proyecciones un crecimiento de la impresión 4D para los próximos años. Las startups dedicadas a comercializar esta tecnología atraerán 300 millones de dólares de capital riesgo en 2023, según los últimos informes de tendencias de la compañía. A pesar de estas previsiones tan optimistas, aún queda mucho camino por recorrer.

Las aplicaciones de la impresión 4D en el campo médico son esperanzadoras: desde el desarrollo de dispositivos biomédicos hasta la generación de músculos y tejidos programables. Crédito: Kostsov.

Polímeros inteligentes con memoria

Para empezar, los materiales que se usan a día de hoy para la impresión 4D son bastante menos variados que los que se utilizan en el caso de la impresión 3D. Entre ellos, destacan los polímeros con memoria de forma. Son materiales inteligentes capaces de memorizar una forma macroscópica, preservarla durante un tiempo y volver a su forma original ante la aplicación de un estímulo. Este estímulo puede ser un cambio de temperatura, un campo magnético, corrientes eléctricas o interacciones con disolventes. Un artículo del Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros del Consejo Superior de Investigaciones Científicas indica que se trata de un material con numerosas ventajas. Sus autores mencionan por ejemplo, entre otras, su alta deformación elástica, el bajo coste, la baja densidad y una posible biodegradabilidad.

Otros de los materiales usados en la impresión 4D son los elastómeros de cristal líquido (LCE). Se caracterizan porque contienen cristales líquidos sensibles al calor, por lo que pueden cambiar de forma cuando se produce un cambio de temperatura. Un equipo de científicos de materiales de la Universidad de California en San Diego, que ha desarrollado un material de este tipo, señala que los elastómeros de cristal líquidos pueden facilitar la fabricación de robots blandos, músculos artificiales y hasta dispositivos portátiles.

Por otro lado, estarían los hidrogeles. Son cadenas de polímeros hechas principalmente de agua que podrían resultar útiles en el sector de la medicina debido a su biocompatibilidad. En este sentido, un artículo de la Universidad de Rutgers (EE UU) publicado en la revista científica Nature subraya que los hidrogeles sensibles a la temperatura tienen un gran potencial tanto en la ingeniería de tejidos como en el desarrollo de dispositivos biomédicos.

Polímeros con memoria de forma, hidrogeles sensibles a la temperatura y elastómeros son algunos de los materiales que se usan hoy día para la impresión 4D. Crédito: MIT.

Una alternativa a la robótica

Las aplicaciones de la impresión 4D son infinitas, aunque por el momento se trata más de promesas futuras que de proyectos tangibles. El laboratorio de autoensamblaje del MIT vaticina que esta tecnología servirá para conseguir un comportamiento similar a la robótica sin depender de dispositivos electromecánicos complejos así como productos, prendas o mecanismos adaptables que respondan a las demandas de los usuarios y los entornos fluctuantes.

En la moda, la impresión 4D podría utilizarse, por ejemplo, para crear deportivas que cambien de forma y se adapten a los pies según la actividad que se realice, o para confeccionar ropa inteligente capaz de adaptarse en función de las condiciones externas. En el ámbito de la medicina, podrían servir para crear materiales biológicos programables, medicamentos inteligentes y personalizados o células y tejidos para combatir ciertas enfermedades.

Pero si hay un sector en el que la impresión 4D podría ser especialmente útil es el de la construcción. Aunque aún es pronto para saber en qué tipo de estructuras se utilizarán estos materiales, podrían servir para fabricar tuberías capaces de repararse automáticamente si se agrietan o se rompen o suelos, paredes o asfaltos autorreparables. “Imaginen si las tuberías pudieran expandirse o contraerse para cambiar de capacidad o caudal, o quizás incluso pudieran ondularse para mover el agua ellas mismas. Y no serían bombas o válvulas caras, sino tuberías que pueden programarse y adaptarse con autonomía”, señala Tibbits desde el laboratorio en el que trabaja, donde buscan desarrollar materiales programables para la construcción.

¿Permitirán estos materiales en un futuro construir puentes, cabañas o edificios que se monten ellos mismos? ¿Serán capaces estas construcciones de repararse si por ejemplo sufren daños por la climatología? ¿Podrá cambiar de forma una sala y ser utilizada para diferentes fines? Aunque algunas de estas ideas a priori parecen de ciencia ficción, aún habrá que esperar algunos años para comprobar hasta dónde llega realmente el potencial de esta tecnología.

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Tungsteno es un laboratorio periodístico que explora la esencia de la innovación. Ideado por Materia Publicaciones Científicas para el blog de Sacyr.

 

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