Durante los últimos 20 años, los científicos han estado desarrollando metamateriales, o materiales que no ocurren naturalmente y cuyas propiedades mecánicas resultan de su estructura diseñada más que de su composición química. Permiten a los investigadores crear materiales con propiedades y formas específicas. Los metamateriales todavía no se utilizan mucho en los objetos cotidianos, Pero eso podría cambiar pronto. Tian Chen, un postdoctorado en dos laboratorios de la EPFL:el Laboratorio de Estructuras Flexibles, encabezada por Pedro Reis, y el Laboratorio de Computación Geométrica, encabezada por Mark Pauly, ha llevado los metamateriales un paso más allá, desarrollar uno cuyas propiedades mecánicas se puedan reprogramar después de que se haya fabricado el material. Su investigación aparece en Naturaleza .

Un solo material con varias funciones mecánicas

"Me preguntaba si había alguna forma de cambiar la geometría interna de la estructura de un material después de que se haya creado, "dice Chen." La idea era desarrollar un solo material que pudiera mostrar una variedad de propiedades físicas, como rigidez y fuerza, para que los materiales no tengan que ser reemplazados cada vez. Por ejemplo, cuando te tuerces el tobillo, Inicialmente, debe usar una férula rígida para mantener el tobillo en su lugar. Entonces, mientras sana, puede cambiar a uno más flexible. Hoy tienes que reemplazar toda la férula, pero la esperanza es que un dia un solo material puede cumplir ambas funciones ".

Polvo magnético y de silicona

El metamaterial de Chen está hecho de silicio y polvo magnético y tiene una estructura complicada que permite que varíen las propiedades mecánicas. Cada celda dentro de la estructura se comporta como un interruptor eléctrico. "Puede activar y desactivar células individuales aplicando un campo magnético. Eso modifica el estado interno del metamaterial, y consecuentemente sus propiedades mecánicas, "dice Chen. Explica que su material programable es análogo a los dispositivos de computadora como los discos duros. Estos dispositivos contienen bits de datos que se pueden escribir y leer en tiempo real. Las celdas en su metamaterial programable, llamados m-bits, funcionan como los bits de un disco duro:se pueden activar, haciendo que el material sea más rígido, o fuera, haciéndolo más flexible. Y los investigadores pueden programar varias combinaciones de encendido y apagado para darle al material exactamente las propiedades mecánicas que necesita en un momento dado.

Para desarrollar su material, Chen se basó en métodos tanto de la informática como de la ingeniería mecánica. "Eso es lo que hace que su proyecto sea tan especial, "dice Pauly. Chen también pasó una cantidad considerable de tiempo probando su material en cada uno de sus diferentes estados. Descubrió que de hecho se podía programar para lograr varios grados de rigidez, deformación y resistencia.

Muchos horizontes de investigación

Los metamateriales programables son similares a las máquinas, como robots, que emplean complicado, Mecanismos electrónicos que consumen mucha energía. Con su investigación, Chen tiene como objetivo encontrar el equilibrio adecuado entre materiales estáticos y máquinas. Reis ve un gran potencial para futuras investigaciones utilizando la tecnología de Chen. "Podríamos diseñar un método para crear estructuras 3D, dado que lo que hemos hecho hasta ahora es solo en 2-D, "Dice Reis." O podríamos reducir la escala para hacer metamateriales aún más pequeños ". El descubrimiento de Chen marca un paso fundamental hacia adelante, ya que es la primera vez que los científicos han desarrollado un metamaterial mecánico verdaderamente reprogramable. Abre muchas vías interesantes para la investigación y las aplicaciones industriales de vanguardia.