Materiales totimórficos: cambiar de forma sin límites

Ha sido creado un material que puede adoptar y mantener cualquier forma posible, lo que abre el camino a un nuevo tipo de materiales multifuncionales que podrían utilizarse en diversas aplicaciones, como por ejemplo la robótica, la biotecnología y la arquitectura.

Este material innovador lo ha desarrollado y probado el equipo de Gaurav Chaudhary, de la Escuela John A. Paulson de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS, por sus siglas en inglés), entidad adscrita a la Universidad Harvard en Estados Unidos.

Los materiales y estructuras actuales que cambian de forma solo pueden transitar entre unas pocas configuraciones estables, pero Chaudhary y sus colegas han demostrado cómo crear materiales estructurales que tienen una gama arbitraria de capacidades de conversión de la forma. Gracias a esto, el nuevo tipo de material estructural totimórfico permite un control independiente de la geometría y la mecánica, sentando las bases para diseñar y fabricar con él un objeto capaz de adoptar innumerables formas funcionales.

Uno de los mayores retos a la hora de diseñar materiales con capacidad de transformar su forma es equilibrar las necesidades aparentemente contradictorias de adaptabilidad y rigidez. La adaptabilidad permite la transformación en nuevas formas, pero si el material es demasiado adaptable, no puede mantener con suficiente estabilidad la forma escogida. La rigidez ayuda a fijar el material en la forma escogida, pero si el material es demasiado rígido, no puede adoptar nuevas formas.

El equipo comenzó con una unidad o célula equipada con dos componentes rígidos de tipos distintos y dos muelles elásticos y estirables. En los sistemas de esta clase, la combinación de componentes rígidos con componentes elásticos equilibra la energía de la unidad o célula, lo que dota a cada una de ellas con lo necesario para que puedan transitar entre una cantidad virtualmente infinita de posiciones u orientaciones y ser estables en cualquiera de ellas.

Los investigadores conectaron células individuales mediante enlaces estables, construyendo estructuras 2D y 3D a partir de esas células totimórficas individuales.

El nuevo material totimórfico puede adoptar y mantener cualquier forma posible. (Imagen: Harvard SEAS. CC BY)

Los investigadores utilizaron tanto modelos matemáticos como experimentos físicos reales para comprobar la capacidad de cambio de forma del material.

El equipo demostró que una sola lámina de células totimórficas puede curvarse, retorcerse en forma de hélice, adoptar dos caras distintas e incluso soportar peso. (Fuente: NCYT de Amazings)