Moldear a distancia un material mediante calor y campos magnéticos

Usando calor y campos magnéticos, unos científicos han conseguido manipular a distancia y con un gran nivel de control un material compuesto. El logro permitirá desarrollar nuevos dispositivos biomédicos y tecnologías táctiles.

Este avance es obra de investigadores de la Universidad Pública de Navarra (UPNA) en España, adscritos a los institutos de Smart Cities (ISC) e InaMat2.

El equipo ha logrado manipular a distancia un compuesto de termoplástico y polvo de hierro mediante el empleo de calor y campos magnéticos y consiguiendo un nivel sin precedentes de control. Dicho compuesto, que se denomina materia programable, se puede manipular a distancia en el aire, el agua y dentro de tejidos biológicos, por lo que abre las posibilidades de desarrollar dispositivos biomédicos, además de ser útil para pantallas táctiles y manipulación de objetos.

Los autores de esta investigación, publicada en la revista académica Nature Scientific Reports, son Josu Irisarri Erviti, Íñigo Ezcurdia Aguirre, Xabier Sandúa Fernández, Itziar Galarreta Rodríguez, Iñaki Pérez de Landazábal Berganzo y Asier Marzo Pérez.

La materia programable se define como aquel material capaz de modificar sus propiedades de forma programada. “Puede cambiar su forma, rigidez u otras propiedades físicas de manera controlada”, señala Asier Marzo. Hasta ahora, se había controlado la materia a distancia con métodos ópticos o magnéticos. “Sin embargo, ambos procedimientos presentan limitaciones: el primero, en cuanto a fuerza; y el segundo, respecto al tamaño mínimo de los detalles —resolución espacial—”, apunta.

Los investigadores de la UPNA optaron por utilizar un compuesto de termoplástico y polvo de hierro. El primero es un material rígido a 27 grados centígrados, pero se vuelve maleable cuando se calienta en un proceso que es reversible; mientras que el polvo de hierro se puede mezclar con el termoplástico y es atraído por el campo magnético de un imán. Dicho compuesto fue sometido a patrones térmicos y campos magnéticos. Gracias a esta combinación, se demuestra un nivel de control sin precedentes. Para ello, el compuesto es calentado en lugares específicos, que se vuelven maleables y pueden ser atraídos por campos magnéticos. Las áreas calientes se solidifican al enfriarse y el proceso puede repetirse.

En concreto, los investigadores realizaron varias manipulaciones a distancia utilizando luz, calor e imanes sobre el compuesto. Por ejemplo, el compuesto, en forma de filamento, se calentó en el centro y se volvió maleable. Después, un campo magnético tiró de los extremos del filamento para doblarlo a lo largo del área previamente calentada. Al enfriarse, el filamento se solidificó. Este proceso se repitió varias veces para formar distintas letras a partir de un filamento.

En un segundo experimento, el material, en forma de hoja, se calentó mediante un láser en puntos específicos. Después, un campo magnético atrajo esos puntos y, al enfriarse, los puntos elevados se quedaron fijos, como una escritura en braille. Este proceso también se repitió para patrones más complejos.

En el tercer experimento, se empleó un bloque de material. Después de calentarse con luz infrarroja, un campo magnético lo elevó para formar una columna. A continuación, se calentó un punto de la columna y, de nuevo, con un campo magnético, surgió una rama secundaria, como si fuera un árbol.

En la última prueba, se introdujo el material dentro de un globo simulador de un pulmón, ópticamente opaco. Entonces, se calentó con microondas y, al aplicar campos magnéticos, se consiguió expandir el material dentro del globo y solidificarlo en un tamaño determinado.

Bloques de material que se han esculpido sin contacto para crear esculturas. (Foto: UPNA)

En general, el material se puede mover, rotar, doblar, estirar, contraer, dividir, fusionar, elevar, derretir y esculpir en figuras o en patrones braille. Además, en su estado sólido, puede soportar grandes pesos.

 “Hemos mostrado manipulaciones complejas sobre bloques 3D, láminas 2D y filamentos 1D, lo que tendrá aplicaciones en pantallas táctiles y manipulación de objetos”, resume Asier Marzo.

Aparte de las tecnologías táctiles, los investigadores de la UPNA vislumbran otras posibilidades. “Debido a la baja temperatura de transición y a la posibilidad de calentar con microondas a través de materiales opacos, el compuesto se puede manipular dentro de tejido biológico, lo que ofrece un gran potencial para dispositivos biomédicos”, concluye Asier Marzo. (Fuente: UPNA)