Un equipo de científicos ha creado un nuevo polímero que cambia de forma y que podría transformar la forma en que se construyen los futuros materiales blandos.
Fabricado con un material llamado elastómero cristalino líquido (LCE), un material blando parecido al caucho que puede ser estimulado por fuerzas externas como la luz o el calor, el polímero es tan versátil que puede moverse en varias direcciones.
Su comportamiento, que se asemeja a los movimientos de los animales en la naturaleza, incluye la capacidad de girar, inclinarse hacia la izquierda y hacia la derecha, encogerse y expandirse, dijo. Xiao Guang Wang, coautor del estudio y profesor asistente en ingeniería química y biomolecular en la Universidad Estatal de Ohio.
“Los cristales líquidos son materiales que tienen características y propiedades únicas que otros materiales normalmente no pueden lograr”, dijo Wang. “Es fascinante trabajar con ellos”.
La capacidad de este nuevo polímero para cambiar de forma podría hacerlo útil para crear robots blandos o músculos artificiales, entre otros dispositivos de alta tecnología en medicina y otros campos.
Hoy en día, los cristales líquidos se utilizan con mayor frecuencia en televisores y pantallas de teléfonos móviles, pero estos materiales suelen degradarse con el tiempo. Pero con la expansión de los LED, muchos investigadores se centran 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 crear formas intrincadas, el polímero de este equipo 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 el LCE, pasan a diferentes fases provocando un cambio en su estructura y propiedades”.
Esto significa que las moléculas, pequeños bloques de materia que alguna vez estuvieron fijos en su lugar, pueden reorganizarse de manera que permitan una mayor flexibilidad. Este aspecto también puede hacer que el material sea más fácil de fabricar, afirmó Wang.
El estudio fue publicado recientemente en la revista Ciencia.
Si se amplía, el polímero en este estudio podría potencialmente avanzar en varios campos y tecnologías científicas, incluidos los sistemas de administración controlada de medicamentos, dispositivos biosensores y como ayuda 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 su temperatura, dijo Alan Weiblecoautor del estudio y becario graduado en ingeniería química y biomolecular en el estado de Ohio. A lo largo de estas fases, las moléculas cambian y se autoensamblan en diferentes configuraciones.
“Estas fases son uno de los factores clave que optimizamos para permitir la deformabilidad ambidireccional de la forma del material”, dijo. En términos de tamaño, el estudio sugiere además 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”, dijo Wang.
Los investigadores señalan que con futuros avances computacionales, su polímero podría llegar a ser una herramienta útil para abordar situaciones delicadas, como aquellas que requieren 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 Weible. “Hay mucho más que podemos explorar en base a estos resultados”.
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, Shucong Li, Atalaya Milan Wilborn, Friedrich Stricker, Joanna Aizenberg, Baptiste Lemaire, Robert KA Bennett, Tung Chun Cheung y Alison Grinthal de la Universidad de Harvard; Foteini Trigka y Michael M. Lerch de la Universidad de Groningen; Guillaume Freychet, Mikhail Zhernenkov y Patryk Wasik del Laboratorio Nacional Brookhaven; y Boris Kozinsky de Bosch Research.