¿Un material que se deforma y luego vuelve a su forma original con calor? Aunque suene a ciencia ficción, ya es una realidad. Combinando dos tipos de plástico, un investigador de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) desarrolló un material capaz de recuperar su forma tras ser comprimido, un avance con potencial en sectores como la medicina y la industria aeroespacial.
El desarrollo de este tipo de materiales evoca las
tecnologías que hasta ahora parecían sacadas de la ciencia ficción, como trajes
o dispositivos que cambian de forma por sí solos, pero que ya empieza a tener
aplicaciones que serían reales a corto plazo. Se le llama impresión 4D, pues
aunque el objeto se fabrica en 3D está diseñado para cambiar con el tiempo
cuando recibe una señal externa como el calor. Es decir, la impresora crea la
forma, pero el material es el que está programado para transformarse después.
En medicina, el material permitiría fabricar implantes que
se introducen en el cuerpo en tamaño reducido y luego se expanden con el cambio
de temperatura, haciendo los procedimientos menos invasivos y aprovechando el
calor natural del cuerpo como señal de activación.
En escenarios como la robótica o la industria aeroespacial
se podrían fabricar estructuras que se despliegan automáticamente sin motores,
en las que los cambios de temperatura del entorno cumplen esa función, con la
ventaja de que el mecanismo está en el propio material.
Así lo explica el ingeniero químico Cristian Felipe Otálora
Roa, magíster en Ingeniería de Materiales y Procesos de la UNAL, quien desde
que ingresó a la academia se interesó por la ciencia y la tecnología de
materiales, un campo poco conocido en la vida cotidiana pero con aplicaciones
que van desde la seguridad laboral hasta el diseño de nuevos dispositivos.
Un gran paso para la industria
Así, en el Laboratorio de Fundición y Pulvimetalurgia de la
UNAL, el investigador ensayó mezclar un plástico duro con uno flexible
intentando encontrar el punto exacto entre una cuchara rígida y un resorte que
mejore su capacidad de movimiento. La apuesta era lograr un material que no se
rompiera al doblarlo, pero que tampoco se quedara “flojo” sin recuperar su
forma.
Para lograrlo, combinó dos polímeros o plásticos comunes: el
PLA, rígido y usado en impresión 3D, y el TPU, flexible como el caucho que se
usa en suelas o fundas.
El proceso fue como ajustar una receta: cambiar
proporciones, repetir, fallar, volver a intentar. Después de varios intentos el
investigador encontró el equilibrio perfecto, una combinación en la que el
material se podía deformar pero también “recordar” cómo volver a su forma
inicial.
Con esa mezcla lista, el siguiente paso fue transformarla en
algo usable. Para eso, el material se calentó, se fundió y se convirtió en un
filamento —un hilo plástico— que se usa en las impresoras 3D. Es decir, no solo
creó el material, sino que además lo adaptó para que se pudiera fabricar con
tecnología relativamente asequible en el país.
“Luego vino la forma. En vez de imprimir bloques sólidos
diseñé estructuras con forma de panal, como las de una colmena. Esta geometría
no es casual, sino que, así como un panal puede ser liviano pero resistente,
también permite que el material se deforme de manera más controlada, casi como
un acordeón que se comprime y se expande”, explica el investigador.
Así, las piezas se deforman mediante equipos de ensayo
mecánico, similares a prensas controladas que aplican fuerza de manera precisa
sin romper el material, y luego se calientan en cámaras con temperaturas
previamente definidas.
Es entonces cuando ocurre un fenómeno fundamental: el calor
hace que el material se vuelva más flexible en su estructura interna, lo que le
permite regresar a su forma original actuando como si tuviera memoria y
recuperando progresivamente su geometría inicial. El proceso no es inmediato ni
automático, pero sí visible a simple vista.
Las pruebas mostraron que el diseño se comporta mejor a
85 °C, ya que el material recupera más del 70 % de su forma original
y el calor se convierte en una señal que “despierta” su memoria interna. A
temperaturas más bajas también hay recuperación, pero menos eficiente. Además,
la combinación ideal de los materiales fue de 90 % de PLA y 10 % de
TPU.
Pensarlo en términos simples ayuda a entender su
importancia: es como tener un objeto que puede viajar doblado, ocupar menos
espacio, y luego, cuando recibe la señal correcta (en este caso calor), volver
por sí solo a su forma útil. Esta capacidad puede marcar una diferencia
significativa en campos donde cada gramo cuenta, como la industria
aeroespacial, o en donde los procedimientos deben ser menos invasivos, como en
la medicina.
El investigador resalta el apoyo y la dirección de la
profesora Liz Karen Herrera y del docente Luis Alejandro Boyacá, ambos de la
Facultad de Ingeniería de la UNAL; también del Aula STEAM de la Universidad, un
espacio en donde estudiantes e investigadores se pueden acercar a la impresión
3D y al desarrollo de materiales y procesos.
Durante décadas los ingenieros diseñaron objetos que
permanecen iguales desde que se fabrican hasta que se desechan. Hoy la apuesta
es por materiales capaces de transformarse con el tiempo y de responder a su
entorno, como ocurre con los desarrollos en impresión 4D.
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