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| Imagen de jdn2001cn0 en Pixabay |
Investigadores de Corea del Sur han creado el primer material multifuncional codificable y notable, que se puede cambiar a diferentes formas y propiedades mecánicas en tiempo real. La inspiración para este nuevo metamaterial provino de un lugar poco probable: los pulpos.
Según los investigadores, este material supera los límites de los materiales existentes y abre nuevas posibilidades para diversos campos que requieren una rápida adaptabilidad, especialmente dentro de la robótica.
Superar los duros límites de las máquinas blandas
En comparación con los ejemplos biológicos, las máquinas blandas tienden a quedarse atrás en términos de su capacidad para adaptarse a un entorno en constante cambio. Esto se debe a que existen limitaciones significativas en su capacidad de sintonización en tiempo real, así como restricciones en el rango de sus propiedades y funcionalidades reprogramables. Es decir, hasta ahora.
El nuevo material programable digitalmente tiene múltiples capacidades mecánicas notables, que incluyen cambio de forma y memoria, respuestas de tensión-deformación y el índice de Poisson (que muestra cómo cambia la sección transversal de un cuerpo deformable al estirarlo longitudinalmente) bajo carga de compresión.
Además, el nuevo material demuestra funcionalidades orientadas a la aplicación, como la absorción de energía y la entrega de presión ajustables y reutilizables.
Este avance puede marcar el comienzo de una nueva era de desarrollo de robots blandos totalmente adaptables y máquinas interactivas inteligentes.
"Introdujimos un sistema compuesto de metamaterial que permite ajustes graduales y reversibles en diversa información mecánica al traducir información de patrones digitales codificados en estados de rigidez discretos de los píxeles mecánicos", escribe el equipo en su artículo.
Para desarrollarlo, el equipo dirigido por el profesor Jiyun Kim en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de UNIST, Corea del Sur, introdujo un nuevo enfoque utilizando patrones gráficos de rigidez, que permiten una rica reconfigurabilidad de la forma de un material. Esto les permitió cambiar de forma independiente entre lo que ellos denominan "estados de rigidez binarios digitales" (básicamente estados blandos o rígidos) de las unidades constituyentes del material dentro de un "auxético simple" (una estructura o material que tiene una relación de Poisson negativa) que presentaba huecos elípticos.
El material, explican los autores en su artículo, logra "ajustabilidad in situ y gradacional en diversas cualidades mecánicas".
"Hemos desarrollado un metamaterial que puede implementar las características deseadas en cuestión de minutos, sin necesidad de hardware adicional", dijo Jun Kyu Choe, primer autor del estudio y estudiante del programa combinado de maestría y doctorado en ciencia e ingeniería de materiales de UNIST. dijo en un comunicado.
"Esto abre nuevas posibilidades para materiales adaptativos avanzados y el desarrollo futuro de robots adaptativos".
Choe y sus colegas demostraron el potencial del material mediante un "material adaptable que absorbe la energía de los golpes", que ajusta sus propiedades en respuesta a impactos repentinos. El material pudo limitar el riesgo de daños o lesiones minimizando la fuerza transmitida al objeto protegido. Luego, el equipo convirtió el material en un "material de transmisión de fuerza", que entregaba fuerza en los lugares y momentos deseados.
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| Cambiar el patrón de píxeles activados en el material afecta su respuesta en un experimento de caída de bola. Crédito: UNIST (recortada) |
Al ingresar comandos digitales específicos, el material puede operar interruptores LED adyacentes, que permiten un control preciso sobre las vías de transmisión de fuerza.
El metamaterial también es compatible con una variedad de dispositivos y aparatos existentes, así como con tecnologías de inteligencia artificial, incluido el aprendizaje profundo.
"Este metamaterial, capaz de convertir información digital en información física en tiempo real, allanará el camino para nuevos materiales innovadores que puedan aprender y adaptarse a su entorno", añadió el profesor Kim.
El estudio se publica en Advanced Materials.