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Desarrollan un material a base de cristal líquido que puede cambiar de forma

Publicado el octubre 9, 2020 por Alicia M.

Científicos de materiales de la Universidad de California en San Diego (UCSD) han desarrollado un material a base de cristal líquido que puede cambiar de forma. Los investigadores demostraron que al controlar la temperatura de impresión del elastómero de cristal líquido, o LCE, es posible controlar el grado de rigidez y capacidad de contracción del material. Esta flexibilidad del material también se conoce como grado de actuación. Curiosamente, el equipo de la UCSD también pudo cambiar la rigidez de diferentes áreas en el mismo material al exponerlo al calor. Este avance en el campo de la impresión 3D facilitará la fabricación y el control de la forma de robots blandos, músculos artificiales y dispositivos portátiles.

Los científicos de la UCSD no son los primeros en revelar un nuevo material de cambio de forma este año. No hace mucho tiempo, los investigadores de Harvard utilizaron queratina extraída de la lana para desarrollar un material de cambio de forma impreso en 3D biocompatible. Sin embargo, en el caso de la UCSD, no es un material a base de queratina sino un elastómero de cristal líquido. Como prueba de concepto, el equipo imprimió en 3D en una sola vez, con una sola tinta, estructuras cuya rigidez y actuación variaban en órdenes de magnitud, desde cero hasta 30 por ciento. Por ejemplo, un área de la estructura LCE podría contraerse como músculos, mientras que otra parte era flexible como tendones.

Para crear este material con diferentes grados de actuación, los investigadores se inspiraron en ejemplos de biología y naturaleza, un concepto que re cuerda al biomimetismo. Además de la combinación de músculo y tendón, los investigadores tomaron señales del pico del calamar, que es extremadamente rígido en la punta pero mucho más suave y maleable donde está conectado a la boca del calamar. El equipo fue dirigido por Shengqiang Cai, profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego. Zijun Wang, primer autor del artículo y estudiante del grupo de investigación de Cai, dijo: “La impresión 3D es una gran herramienta para hacer tantas cosas diferentes, y es incluso mejor ahora que podemos imprimir estructuras que pueden contraerse y endurecerse según se desee bajo ciertos estímulos, en este caso, calor”.

Los investigadores imprimieron en 3D un disco de elastómero de cristal líquido a 40°C y lo calentaron hasta 90°C en agua caliente. El disco se deformó en forma cónica. Pero un disco LCE compuesto por áreas que se imprimen a diferentes temperaturas (40, luego 80, luego 120 grados Celsius), se deforma en una forma completamente diferente cuando se calienta. La activación del material podría activarse no sólo en agua caliente, sino también mediante la infusión de LCE con partículas sensibles al calor o partículas que absorben la luz y la convierten en calor. Ahora, los investigadores trabajarán en la modificación de la tinta para que las estructuras impresas puedan ser autorreparables, reprogramables y reciclables.

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