La UC3M desarrolla una impresora 4D de materiales inteligentes

Científicos de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) han desarrollado una impresora 4D de materiales inteligentes que abre la puerta al diseño de robots blandos o sensores y de sustratos inteligentes que transmitan señales a diferentes sistemas celulares, entre otras aplicaciones biomédicas.

Además de imprimir en 3D, esta máquina permitirá controlar una función extra: la programación de la respuesta del material para que pueda cambiar su forma cuando se aplica un campo magnético o para cambiar sus propiedades eléctricas cuando se deforma, según ha destacado la universidad en una nota.

Esta nueva impresora inteligente permite la fabricación de materiales multifuncionales blandos adaptando continuamente los parámetros de extrusión, de manera que combinando métodos experimentales y computacionales se imprimen materiales conductivos y magneto-activos con propiedades que imitan los tejidos biológicos.

Esta línea de investigación se centra en el desarrollo de estructuras multifuncionales blandas, compuestas por materiales con propiedades mecánicas que mimetizan tejidos biológicos como el cerebro o la piel.

Además, son capaces de cambiar su forma o propiedades frente a estímulos externos, como campos magnéticos o corrientes eléctricas.

Hasta el momento, este equipo de investigadores había realizado diversos avances en el diseño y fabricación de estos materiales, pero estaban muy limitados en cuanto a la forma y programación de respuestas inteligentes de los mismos.

Lo que han presentado en su último estudio, publicado en la revista 'Advanced Materials Technologies', les ha permitido abrir nuevas posibilidades con el desarrollo de una nueva metodología de impresión 4D, ha explicado uno de los investigadores de la UC3M, Daniel García González.

"Esta tecnología nos permite no solo controlar la forma en la que imprimimos las estructuras en 3D, sino que también nos permite dotarla de la capacidad de cambiar sus propiedades o geometría frente a la actuación de campos magnéticos externos, o modificando sus propiedades eléctricas al deformarse", añade García González.

Este tipo de impresión es compleja dado que el material a imprimir realiza una transición de líquido a sólido durante el proceso de impresión.

Por ello, resulta necesario comprender la dinámica para conseguir adaptar el proceso de impresión, de modo que se obtenga un material lo suficientemente líquido cuando fluye a través de la boquilla de la impresora, pero, a su vez, lo suficientemente sólido para que pueda mantener una forma específica.

De esta forma, han desarrollado una metodología interdisciplinar que combina técnicas teóricas y experimentales que les ha permitido construir el dispositivo de impresión desde cero, tanto la parte física del aparato (el hardware) como los programas informáticos que permiten controlarlo (el software).

Los investigadores también han desarrollado un nuevo concepto de material que es capaz de repararse de manera autónoma y sin necesidad de actuación externa, según otra publicación reciente en la revista 'Composites Part B: Engineering'.

"Este material consiste en una matriz polimérica blanda donde se incluyen partículas magnéticas con un campo remanente. A efectos prácticos es como si tuviéramos pequeños imanes distribuidos en el material, de manera que, si éste se rompe, al volver a acercar las partes resultantes, éstas van a volver a juntarse recuperando su integridad estructural", resalta el investigador.

Gracias a estos avances, que han generado varias patentes registradas, estos científicos han sido capaces de imprimir tres tipos de materiales funcionales: unos que cambian su forma y propiedades frente a campos magnéticos externos; otros con capacidad de reparación autónoma; y otros cuyas propiedades eléctricas (conductividad) varían según su forma o deformación.

"La combinación de materiales con capacidad de reparación autónoma y cuyas propiedades de conducción eléctrica varían con la deformación, abre enormes posibilidades en el desarrollo de sensores biomédicos", concluyen desde la universidad.