Un equipo de científicos ha desarrollado un nuevo polímero que cambia de forma y que podría transformar la forma en que se fabricarán los materiales blandos del futuro.
Fabricado con un material llamado elastómero cristalino líquido (LCE), un material suave similar al caucho que puede ser estimulado por fuerzas externas como la luz o el calor, el polímero es tan versátil que puede moverse en muchas direcciones diferentes.
Su comportamiento, que se asemeja al movimiento de los animales en la naturaleza, incluye girar, inclinar hacia la izquierda y hacia la derecha, encogerse y estirarse, dijo Xiaoguang Wang, coautor del estudio y profesor asistente de ingeniería química y biomolecular en la Universidad Estatal de Ohio. universidad
“Los cristales líquidos son materiales que tienen propiedades únicas y propiedades que otros materiales normalmente no pueden lograr”, dijo Wang. “Es interesante trabajar con ellos”.
La capacidad de cambiar la forma de este nuevo polímero podría hacerlo útil para fabricar robots blandos o músculos artificiales, entre otros dispositivos de alta tecnología en medicina y otros campos.
Hoy en día, los cristales líquidos se utilizan a menudo en pantallas de televisores y teléfonos móviles, pero estos materiales suelen degradarse con el tiempo. Pero con la proliferación de los LED, muchos investigadores se han centrado en desarrollar nuevas aplicaciones para los cristales líquidos.
A diferencia de los materiales convencionales que solo pueden doblarse en una dirección o requieren múltiples componentes para formar formas complejas, este grupo de polímeros es un único componente que puede girar en dos direcciones. Esta propiedad está ligada a cómo se expone el material a cambios de temperatura para controlar las fases moleculares del polímero, dijo Wang.
“Los cristales líquidos tienen un orden de orientación, lo que significa que pueden autoalinearse”, dijo. “Cuando calentamos los LCE, sufren transiciones de fase que provocan cambios en su estructura y propiedades”.
Esto significa que se puede ordenar a las moléculas, los pequeños bloques de construcción de la materia, que alguna vez estuvieron fijos en su lugar, que se reorganicen de manera que permitan una mayor flexibilidad. Este aspecto podría hacer que el material sea más fácil de fabricar, afirmó Wang.
El estudio fue publicado recientemente en la revista ciencia.
Si se amplía, esta investigación podría promover varios campos científicos y tecnologías, como sistemas de administración de fármacos controlados por polímeros, dispositivos biosensores y ayudas en maniobras de locomoción complejas para robots blandos de próxima generación.
Uno de los hallazgos más importantes del estudio revela las tres fases por las que pasa el material a medida que cambia la temperatura, dijo Alan Weible, coautor del estudio y becario graduado en ingeniería química y biomolecular en la Universidad Estatal de Ohio. A lo largo de estas fases, las moléculas migran y se autoensamblan en diferentes configuraciones.
“Estas fases son uno de los factores clave que optimizamos para permitir la deformación ambidiestra de la forma del material”, dijo. En cuanto al tamaño, el estudio también sugiere que el material se puede ampliar o reducir para adaptarse a casi cualquier necesidad.
“Nuestro artículo abre una nueva dirección para que la gente empiece a sintetizar otros materiales multifásicos”, afirmó Wang.
Los investigadores señalan que con futuros avances computacionales, su polímero podría eventualmente convertirse en una herramienta útil para abordar situaciones delicadas como el diseño preciso de músculos y articulaciones artificiales o la actualización de nanorobots blandos necesarios para cirugías complejas.
“En los próximos años planeamos desarrollar nuevas aplicaciones y, con suerte, entrar en el campo biomédico”, afirmó Weibl. “Con base en estos resultados, podemos explorar mucho más”.
Este trabajo fue apoyado por el Departamento de Energía y el Centro de Ingeniería y Ciencia de Investigación de Materiales de la Universidad de Harvard.
Otros coautores incluyen a Yuxing Yao, Shukong Li, Atalaya Milan Wilborn, Friedrich Stryker, Joanna Eisenberg, Baptiste Lemaire, Robert KA Bennett, Tung Chun Cheung y Alison Grinthal de la Universidad de Harvard; Foteini Trigka y Michael M. Larch de la Universidad de Groningen; Guillaume Frechette, Mikhail Zherenkov y Patrick Wasik del Laboratorio Nacional Brookhaven; y Boris Kozinski de Bosch Research.