Un dispositivo que puede cambiar de forma y controlar objetos de forma remota podría conducir a aplicaciones innovadoras en robótica y medicina

Las estructuras flexibles que pueden cambiar de forma a voluntad están llamando la atención como materiales que podrían revolucionar el desarrollo de robots blandos y dispositivos médicos. Un nuevo material inspirado en el kirigami (el tradicional corte de papel japonés) se ha sumado a la lista. Investigadores estadounidenses desarrollaron un dispositivo similar a una hoja que puede cambiar de forma en respuesta a campos magnéticos.

«Controlando la dirección del campo magnético, podemos hacer que la superficie de la hoja se mueva como ondas. Además, ajustando la fuerza del campo magnético, podemos cambiar libremente la altura de las ondas y la profundidad del hundimiento», explica Jie Ying, profesor asociado de la Universidad Estatal de Carolina del Norte especializado en ingeniería mecánica y aeroespacial. Yin también forma parte de un equipo que desarrolló un robot blando capaz de nadar a distintas profundidades, inspirado en la forma en que las mantarrayas se propulsan bajo el agua.

Yin y su equipo desarrollaron el dispositivo, llamado Metasheet, mientras buscaban formas de mover objetos frágiles sin tocarlos directamente y de levantar objetos no magnéticos de forma remota. Dado que Metasheet puede mover objetos manipulando superficies suaves e irregulares con un campo magnético, es adecuado para trabajos de precisión en espacios reducidos donde no se pueden utilizar herramientas mecánicas como los brazos robóticos tradicionales.

Es posible mover objetos sin tocarlos

El equipo de investigación creó una estructura, que es a la vez flexible y rígida, haciendo cortes regulares en una fina lámina hecha de un material magnético especial, inflándola con presión de aire y luego magnetizándola. Esta estructura, inspirada en el kirigami, se puede estirar hasta más del doble de la longitud de una hoja normal sin hendiduras. También es siete veces más rígida que una lámina normal y puede soportar una carga 40 veces superior a su propio peso.

El dispositivo está diseñado para responder a cambios en el campo magnético en solo 2 milisegundos, lo que permite un ajuste preciso de la altura y curvatura de la forma de cúpula. Esto permite un control remoto preciso de los objetos sin tocarlos. Por ejemplo, es posible hacer que objetos sólidos muy pequeños o partículas líquidas, como gotas de agua, se muevan a lo largo de trayectorias específicas guiadas por un campo magnético.

Hacer cortes de papel en una estructura generalmente aumenta su flexibilidad pero disminuye su rigidez. Para resolver este problema, los investigadores utilizaron como material para la lámina un polímero con memoria de forma que contenía partículas magnéticas y, a continuación, deformaron localmente partes específicas de la lámina aplicando un campo magnético externo. Esta deformación localizada aumentó efectivamente la rigidez de la lámina en su totalidad.

Los experimentos demostraron que el aumento de la intensidad del campo magnético multiplicaba por 23 la rigidez de la estructura. Esta propiedad permite levantar y mover objetos pesados. De hecho, el equipo de investigación logró levantar un objeto 28 veces más pesado que la lámina manipulando una cúpula de 5 x 5 con un campo magnético. Una lámina normal sin hendiduras no podría soportar un objeto del mismo peso.

Expectativas para el desarrollo de nuevos dispositivos

Según el equipo de investigadores, existen pocos precedentes de investigación en tecnología que combine estructuras cortadas con papel y campos magnéticos. Dado que esta tecnología puede optimizar el control en función de la forma y el peso del objeto, se espera que sea aplicada en una amplia gama de campos, como la fabricación, la medicina, la robótica y los dispositivos de realidad virtual (VR), y que mejore la eficiencia en el trabajo.

Por ejemplo, en la industria manufacturera podría utilizarse para la colocación precisa de piezas en cadenas de montaje. En el campo de la medicina, podría aplicarse a los sistemas de administración de fármacos (DDS) para administrar medicamentos a partes específicas del cuerpo, mientras que la tecnología de VR podría conducir a la invención de nuevos dispositivos que puedan obtener retroalimentación táctil en tiempo real, aprovechando las características de las estructuras kirigami, capaces de responder con sensibilidad a cambios mínimos de fuerza.

Otras posibilidades incluyen el desarrollo de materiales inteligentes capaces de cambiar su forma y sus propiedades en respuesta al entorno, optimizando el diseño de las estructuras de kirigami. Estos materiales son prometedores para su aplicación en una amplia gama de campos, incluyendo la arquitectura y la ingeniería aeroespacial. Los investigadores esperan que nuevos avances en esta tecnología permitan el desarrollo de nuevos dispositivos que superen las limitaciones convencionales.

Fuente: es.wired.com