Las almohadillas de las patas notoriamente pegajosas de los geckos están cubiertas de pelos microscópicos, estructuras parecidas a pelos cuya composición química y física y alta flexibilidad permiten al lagarto agarrarse a paredes y techos con facilidad. Los científicos han intentado replicar estas microestructuras dinámicas en el laboratorio con una variedad de materiales, incluidos los elastómeros de cristal líquido (LCE), que son redes elásticas con grupos cristalinos líquidos adheridos que dictan las direcciones en las que los LCE pueden moverse y estirarse. Hasta aquí, Los LCE sintéticos se han podido deformar en su mayoría en solo una o dos dimensiones, limitando la capacidad de las estructuras para moverse por el espacio y adoptar diferentes formas.

Ahora, Un grupo de científicos del Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada de Harvard y la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson (SEAS) ha aprovechado los campos magnéticos para controlar la estructura molecular de los LCE y crear formas microscópicas de polímeros tridimensionales que pueden programarse para moverse en cualquier dirección en respuesta a múltiples tipos de estímulos. La obra, reportado en PNAS , podría dar lugar a la creación de una serie de dispositivos útiles, incluyendo paneles solares que giran para seguir al sol para una mejor captura de energía.

"Lo fundamental de este proyecto es que podemos controlar la estructura molecular alineando cristales líquidos en una dirección arbitraria en el espacio 3-D, permitiéndonos programar casi cualquier forma en la geometría del material en sí, "dijo el primer autor Yuxing Yao, quien es estudiante de posgrado en el laboratorio de Joanna Aizenberg, miembro fundador de la facultad principal de Wyss, Doctor.

Las microestructuras creadas por el equipo de Yao y Aizenberg están hechas de LCE moldeados en formas arbitrarias que pueden deformarse en respuesta al calor. luz, y humedad, y cuya reconfiguración específica está controlada por sus propias propiedades químicas y materiales.Los investigadores encontraron que al exponer los precursores de LCE a un campo magnético mientras se sintetizan, todos los elementos cristalinos líquidos dentro de los LCE se alinearon a lo largo del campo magnético y retuvieron esta alineación molecular después de que el polímero se solidificó. Al variar la dirección del campo magnético durante este proceso, los científicos podrían dictar cómo se deformarían las formas de LCE resultantes cuando se calentaran a una temperatura que interrumpiera la orientación de sus estructuras cristalinas líquidas. Cuando vuelva a la temperatura ambiente, las estructuras deformadas reanudaron su inicial, forma orientada internamente.

Dichos cambios de forma programados podrían usarse para crear mensajes encriptados que solo se revelan cuando se calientan a una temperatura específica, actuadores para pequeños robots blandos, o materiales adhesivos cuya adherencia se puede activar y desactivar. El sistema también puede hacer que las formas se doblen de forma autónoma en direcciones que normalmente requerirían la entrada de algo de energía para lograrlo. Por ejemplo, Se demostró que una placa LCE no solo se somete a una flexión "tradicional" fuera del plano, pero también flexión o torsión en el plano, alargamiento, y contracción. Adicionalmente, Se podrían lograr movimientos únicos exponiendo diferentes regiones de una estructura LCE a múltiples campos magnéticos durante la polimerización, que luego se deforma en diferentes direcciones cuando se calienta.

El equipo también pudo programar sus formas LCE para reconfigurarse en respuesta a la luz incorporando moléculas de reticulación sensibles a la luz en la estructura durante la polimerización. Luego, cuando la estructura estaba iluminada desde cierta dirección, el lado que mira a la luz se contrajo, haciendo que toda la forma se doble hacia la luz. Este tipo de movimiento autorregulado permite que los LCE se deformen en respuesta a su entorno y se reorienten continuamente para seguir la luz de forma autónoma.

Adicionalmente, Los LCE se pueden crear con propiedades sensibles al calor y a la luz, de tal manera que una estructura de un solo material ahora es capaz de múltiples formas de movimiento y mecanismos de respuesta.

Una aplicación interesante de estos LCE de respuesta múltiple es la creación de paneles solares cubiertos con microestructuras que giran para seguir al sol mientras se mueve por el cielo como un girasol. lo que resulta en una captura de luz más eficiente. La tecnología también podría formar la base de radios de seguimiento de fuentes autónomas, cifrado multinivel, sensores, y edificios inteligentes.

"Nuestro laboratorio tiene actualmente varios proyectos en curso en los que estamos trabajando para controlar la química de estos LCE para permitir comportamientos de deformación nunca antes vistos, ya que creemos que estas estructuras dinámicas bioinspiradas tienen el potencial de encontrar uso en varios campos, "dijo Aizenberg, quien también es la profesora de ciencia de materiales Amy Smith Berylson en SEAS.

"Hacer preguntas fundamentales sobre cómo funciona la naturaleza y si es posible replicar estructuras y procesos biológicos en el laboratorio es el núcleo de los valores del Instituto Wyss, y a menudo puede conducir a innovaciones que no solo coinciden con las habilidades de la naturaleza, pero mejórelos para crear nuevos materiales y dispositivos que no existirían de otra manera, "dijo el director fundador del Instituto Wyss, Donald Ingber, MARYLAND., Doctor., quien también es el Profesor Judah Folkman de Biología Vascular en la Escuela de Medicina de Harvard y el Programa de Biología Vascular en el Boston Children's Hospital, así como Profesor de Bioingeniería en SEAS.