Investigadores UPNA logran manipular a distancia un material usando calor

Investigadores de la Universidad Pública de Navarra (UPNA), adscritos a los institutos de Smart Cities (ISC) e InaMat2, han conseguido manipular a distancia un compuesto de termoplástico y polvo de hierro mediante el empleo de calor y campos magnéticos y han obtenido "un nivel sin precedentes de control".

Este 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 el último número de la revista científica “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.

Filamento unidimensional convertido en diferentes letras.

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.

Control de la materia con calor y campos magnéticos

Los investigadores de la UPNA optaron por utilizar un compuesto de termoplástico y polvo de hierro. El primero es un material rígido a 27 ºC, 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 sin precedentes de control”, según el primer firmante el artículo, Josu Irisarri. 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”, añade Josu Irisarri.

Hoja de material sobre la que se han creado bultos similares al formato braille.

En concreto, los investigadores realizaron varias manipulaciones a distancia utilizando luz, calor e imanes sobre el compuesto, tal como se puede comprobar en este vídeo. 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.

Bloques de material que se han esculpido sin contacto para crear esculturas.

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.

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.

Manipulaciones complejas

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

Bloque de material convertido en un árbol.

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.

Material sólido en filamento, hoja y bloque.