Un equipo de científicos interdisciplinarios del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Facultad de Diseño e Ingeniería de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) ha desarrollado fibras flexibles con propiedades magnéticas, emisoras de luz y autocurativas.
La fibra electroluminiscente ionotrónica con núcleo de níquel (SHINE) revestida de hidrogel es flexible, emite luz muy visible y puede autorrepararse después del corte, recuperando casi el 100 por ciento de su brillo original. Además, la fibra puede funcionar de forma inalámbrica y manipularse físicamente mediante fuerzas magnéticas.
Al combinar múltiples funciones útiles en un solo dispositivo, la fibra encuentra aplicaciones potenciales como fibras robóticas suaves que emiten luz y pantallas interactivas. También se puede tejer en textiles inteligentes.
“Hoy en día, la mayor parte de la información digital se transmite principalmente a través de dispositivos emisores de luz. Estamos muy interesados en desarrollar materiales duraderos que puedan emitir luz y nuevos factores de forma, como fibras, que puedan ampliar los escenarios de aplicación, por ejemplo, los textiles inteligentes. De una manera. “Diseñar dispositivos emisores de luz sostenibles para que sean autocurativos, como los tejidos biológicos como la piel”, dijo el investigador principal Benjamin T.
Se publicó la investigación del equipo, realizada en colaboración con el Instituto de Innovación y Tecnología en Salud (iHealthtech) de NUS. comunicación de la naturaleza el 3 de diciembre de 2024.
Innovación versátil en un solo dispositivo
Las fibras emisoras de luz se han convertido en un área de creciente interés debido a su potencial para complementar las tecnologías existentes en múltiples dominios, incluida la robótica blanda, la electrónica portátil y los textiles inteligentes. Por ejemplo, proporcionar funcionalidades como iluminación dinámica, pantallas interactivas y señalización óptica puede mejorar las interacciones entre humanos y robots haciéndolas más receptivas e intuitivas, al tiempo que proporciona flexibilidad y adaptabilidad.
Sin embargo, el uso de dichas fibras suele estar limitado por la fragilidad física y la dificultad de integrar múltiples funciones en un solo dispositivo sin agregar complejidad o aumentar las demandas de energía.
La fibra SHINE del equipo de investigación de NUS aborda estos desafíos combinando emisión de luz, autorreparación y funcionalidad magnética en un único dispositivo escalable. A diferencia de las fibras emisoras de luz existentes en el mercado, que no pueden autorrepararse después de un daño ni manipularse físicamente, la fibra SHINE ofrece una alternativa más eficiente, duradera y versátil.
La fibra se basa en un diseño coaxial que consta de un núcleo de níquel para la capacidad de respuesta magnética, una capa electroluminiscente a base de sulfuro de zinc para la emisión de luz y un electrodo de hidrogel para la transparencia. Utilizando un proceso escalable de gelificación inducida por iones, el equipo produjo fibras de 5,5 metros de largo que conservaron su viabilidad después de casi un año de almacenamiento al aire libre.
“Para garantizar una visibilidad clara en condiciones de iluminación interior brillante, generalmente se recomienda una luminancia de al menos 300 a 500 cd/m2”, dice el profesor asociado Tee. “Nuestra fibra SHINE tiene una luminancia récord de 1068 cd/m2, superando cómodamente el umbral, lo que la hace muy visible incluso en ambientes interiores bien iluminados”.
La capa de hidrogel de la fibra se autocura reformando los enlaces químicos en condiciones ambientales, mientras que el núcleo de níquel y la capa electroluminiscente restauran la integridad estructural y funcional mediante interacciones dipolares inducidas por el calor a 50 °C.
“Más importante aún, el proceso de restauración restaura más del 98 por ciento del brillo original de la fibra, lo que garantiza que pueda soportar la tensión mecánica posterior a la reparación”, añadió el profesor asociado T. “Esta capacidad respalda la reutilización de fibras dañadas y, posteriormente, autorreparadoras, lo que hace que la innovación sea mucho más sostenible a largo plazo”.
La fibra SHINE también tiene funcionalidad magnética habilitada por su núcleo de níquel. Esta característica permite manipular la fibra con un imán externo. “Esta es una propiedad atractiva porque permite aplicaciones como fibras robóticas suaves emisoras de luz capaces de maniobrar en espacios reducidos, realizar movimientos complejos y enviar señales ópticas en tiempo real”, dijo el Dr. Fu Jumei, primer autor del artículo.
Revelando nuevas interacciones entre humanos y robots
Las fibras SHINE se pueden tejer o tejer en textiles inteligentes que emiten luz y se autocuran fácilmente después del corte, agregando un elemento de durabilidad y funcionalidad a la tecnología portátil. Con su funcionalidad magnética intrínseca, la propia fibra puede actuar como un robot blando, capaz de emitir luz, autocurarse, navegar en espacios confinados y emitir señales ópticas incluso después de estar completamente aislada. Además, la fibra se puede utilizar en pantallas interactivas, donde su magnetismo permite cambios de patrones dinámicos que facilitan la interacción óptica y la señalización en la oscuridad.
De cara al futuro, el equipo planea perfeccionar la precisión del rendimiento magnético de la fibra para admitir aplicaciones robóticas más eficientes. También están explorando la posibilidad de tejer capacidades de detección, como la capacidad de detectar la temperatura y la humedad, en textiles emisores de luz hechos enteramente de fibras SHINE.