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‘Smart materials’, descubre los materiales inteligentes con los que moldearemos el futuro

Fármacos que se liberan en el torrente sanguíneo a la primera señal de infección, edificios que reaccionan a las circunstancias climáticas o pantallas de móviles que se reparan solas… Estas son solo algunas de las posibles aplicaciones de los llamados smart materials —materiales inteligentes—, la última revolución en el campo de la ciencia de los materiales.

La evolución humana va ligada a la manipulación del entorno. Desde el primer homínido que utilizó una piedra como herramienta —o un hueso según la icónica escena de 2001: una odisea del espacio—, hemos llegado a la conocida como ciencia de los materiales. Esta disciplina utiliza la física, la química y la ingeniería para estudiar cómo están formados los materiales y cuáles sus propiedades físicas, así como para descubrir y desarrollar nuevos materiales, como los smart materials, con el fin de hallar nuevos usos aplicables a cualquier sector.

QUÉ SON LOS MATERIALES INTELIGENTES

Los smart materials son materiales manipulados para responder de forma controlable y reversible, modificando alguna de sus propiedades, a estímulos externos como pudiera ser determinada tensión mecánica o cierta temperatura, entre otros. Por su capacidad de respuesta, los smart materials también son conocidos como responsive materials —traducido habitualmente como materiales «activos» aunque sería más exacto decir «reactivos»—.

Hablamos, por ejemplo, de ropa deportiva con válvulas de ventilación que reaccionan a la temperatura y a la humedad abriéndose cuando el usuario rompe a sudar y cerrándose cuando el cuerpo se enfría, de edificios que se adaptan a condiciones atmosféricas como el viento, el calor o la lluvia, o de fármacos que se liberan en sangre en cuanto detectan una infección vírica.

TIPOS DE MATERIALES INTELIGENTES

En la actualidad, existen diferentes tipos de materiales inteligentes y cada día, gracias a la inversión en I+D+i, surgen nuevos. Entre ellos, cabe destacar los siguientes:

Materiales piezoeléctricos

Pueden convertir la energía mecánica en eléctrica y viceversa. Por ejemplo, cambian su forma ante un impulso eléctrico o producen una carga eléctrica en respuesta a un esfuerzo mecánico aplicado.

 Materiales con memoria de forma

Poseen la capacidad de cambiar de forma, incluso de volver a su forma original, al ser expuestos a una fuente de calor, entre otros estímulos.

Materiales cromoactivos

Cambian de color al ser sometidos a, por ejemplo, una determinada variación de temperatura, luz, presión, etc. Hoy en día se usan en sectores como el óptico, entre otros.

Materiales magnetorreológicos

Cambian sus propiedades ante un campo magnético. En la actualidad se utilizan, por ejemplo, en amortiguadores para evitar vibraciones sísmicas en puentes o rascacielos.

Materiales fotoactivos

Hay varios tipos: los electroluminiscentes emiten luz cuando son alimentados con impulsos eléctricos, los fluorescentes devuelven la luz con mayor intensidad y los fosforescentes son capaces de emitir luz después de cesar la fuente inicial.

EJEMPLOS Y APLICACIONES DE MATERIALES INTELIGENTES

La ciencia de los materiales es una fuente constante de noticias sobre nuevos descubrimientos que podrían revolucionar nuestro futuro. A continuación, repasamos algunos de los materiales más sorprendentes de los últimos años:

  • Tela de araña sintética. Este material no solo es cinco veces más fuerte que el acero, sino que, además, posee una gran elasticidad. Sus potenciales usos son, entre otros: ropa a prueba de balas, piel artificial para quemados o adhesivos resistentes al agua.
  • Shrilk. Su componente principal es la quitina, un carbohidrato que se encuentra en el caparazón del kril. Fue creado por investigadores de la Universidad de Harvard y está considerado el sustituto ideal del plástico —su tiempo de descomposición es de tan solo dos semanas y, además, funciona como estimulante para el crecimiento de las plantas—.
  • Grafeno. Sus potenciales usos son casi ilimitados: baterías con más autonomía, células solares fotovoltaicas más baratas, ordenadores más rápidos, dispositivos electrónicos flexibles, edificios más resistentes, miembros biónicos, etc. 
  • PRINCIPALES PROPIEDADES DEL GRAFENO
  • Es uno de los materiales llamados a revolucionar el futuro de distintas industrias por:
  • Alta conductividad térmica y eléctrica; más que la del cobre o la plata. 
  • Ultraligero, mil veces menos pesado que el papel.
  • Más flexible, elástico y maleable que la fibra de carbono. 
  • Hasta doscientas veces más resistente que el acero.
  • Soporta la radiación ionizante, muy útil en el sector sanitario.
  • Su enorme densidad lo hace impermeable a los gases.
  • Baja vulnerabilidad al sobrecalentamiento.
  • Metamateriales. Son fabricados en laboratorio con propiedades físicas insólitas que no se encuentran en la naturaleza y son objeto de investigación en campos como el militar, la óptica o la telefonía. Pueden, por ejemplo, curvar las ondas electromagnéticas de la luz creando índices de refracción negativos.
  • XPL. Se trata de un polímero basado en silicona que se adhiere a la dermis como una segunda piel. Creada por científicos del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT), replica la apariencia de una piel joven y saludable rejuveneciendo el aspecto de su portador.

Además de estos, hay otros materiales que han protagonizado titulares en los últimos años. Entre ellos, cabe citar el estaneno, que podría ser el supercondensador del futuro; el siliceno, al que muchos comparan con el grafeno; el dióxido de vanadio, cuya capacidad para transmitir electricidad sin emitir calor promete revolucionar la electrónica; o el cemento termocrómico y el hormigón autorreparable, destinados a aumentar la eficiencia energética de las viviendas y la vida útil de las construcciones respectivamente.

Una de las áreas de investigación donde la ciencia de los materiales ha avanzado más en los últimos años es en el desarrollo de nuevos materiales para su uso en la impresión 3D, la cual ya se emplea en sectores tan dispares como el diseño, la medicina, la arquitectura o la alimentación. Los más utilizados son los termoplásticos, en especial, el ácido poliláctico (PLA) y el acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), que se utilizan en carcasas de móviles, juguetes o carrocerías de coches. Asimismo, también están empezando a imprimirse materiales inteligentes gracias a las impresoras 4D.

QUÉ ES Y CÓMO FUNCIONA LA IMPRESIÓN 4D

¿QUÉ ES LA IMPRESIÓN 4D?

La impresión 4D recurre a las impresoras 3D para crear objetos tridimensionales vivos sin cables ni circuitos. Lo hace utilizando materiales inteligentes, que pueden programarse para cambiar de forma, color o tamaño cuando reciben un estímulo externo.

Es el caso de resinas de hidrogel, polímeros activos o, incluso, tejidos vivos. Se imprimen en 3D con un diseño específico que con el tiempo y al entrar en contacto con la humedad, la luz, la presión o la temperatura, entre otros factores, evolucionan hasta lograr el acabado previsto.

La impresión 4D hace posible que un objeto, por ejemplo, pueda doblarse, repararse, ensamblarse o incluso desintegrarse a sí mismo. Adquiere una nueva forma o funcionalidad por sí solo, reaccionando con el entorno.

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