Crean un material capaz de cambiar de un estado rígido a otro blando y adaptable

En la película "Terminator 2", el robot T-1000 cambia de forma y se transforma en un estado líquido para pasar a través de espacios reducidos o para repararse a sí mismo si sufre daños.

Ahora, un material de cambio de fase construido a partir de  cera y espuma es capaz de cambiar entre un estado duro y rígido y otro blando y adaptable, podría permitir incluso robots de bajo costo para realizar la misma hazaña.

El material - desarrollado por Anette Hosoi, profesora de ingeniería mecánica y matemáticas aplicadas en el MIT, y su ex estudiante graduado Nadia Cheng, junto con investigadores del Instituto Max Planck de Dinámica y Auto organización y la Universidad de Stony Brook - podría ser utilizado para construir robots quirúrgicos deformables. Los robots podrían moverse a través del cuerpo para llegar a un punto concreto sin dañar ninguno de los órganos o vasos a lo largo del camino.

Los robots también podrían ser utilizados en las operaciones de búsqueda y rescate para pasar a través de los escombros en busca de supervivientes, dice Hosoi.

Trabajando con la compañía de robótica Boston Dynamics, con sede en Waltham, Massachusetts, los investigadores comenzaron a desarrollar el material como parte del programa de Robots Químicos de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA). La agencia estaba interesada en robots "blandos", capaces de moverse a través de espacios reducidos y luego expandirse de nuevo para moverse en torno a un área determinada, como hacen los pulpos.

Pero si un robot va a realizar tareas significativas, debe ser capaz de ejercer una cantidad razonable de la fuerza en su entorno, dice Hosoi. Lo que es más, el control de una estructura muy suave es extremadamente difícil: Es mucho más difícil predecir cómo se moverá el material, y qué determinará su forma de lo que pasa con un robot rígido.   

Así que los investigadores decidieron que la única manera de construir un robot deformable sería desarrollar un material que puede cambiar entre un estado blando y duro, dice Hosoi, 

Para construir un material capaz de cambiar entre estados blandas y rígidas, los investigadores recubrieron una estructura de espuma en cera. Eligieron la espuma, ya que puede ser comprimida en una pequeña fracción de su tamaño normal, pero una vez liberada recuperará de nuevo a su forma original.   

El recubrimiento de cera, por su parte, puede cambiar a partir de una cáscara exterior dura para una superficie suave y flexible con calentamiento moderado. Esto podría hacerse mediante la ejecución de un alambre a lo largo de cada uno de los puntales de espuma revestida y luego aplicar una corriente para calentar y derretir la cera circundante. La desactivación de la corriente de nuevo permitiría que el material se enfríe y vuelva a su estado rígido.  

Además de cambiar el material a su estado blando, el calentamiento de la cera de esta manera también repararía cualquier daño sufrido, dice Hosoi. "Este material permite la auto-sanación", dice. "Si  fractura del recubrimiento, se puede calentar y luego enfriar, y la estructura vuelve a su configuración original".

Materiales de bajo coste  

Para construir el material, los investigadores colocaron simplemente la espuma de poliuretano en un baño de cera derretida. Luego apretaron la espuma para absorber la cera, dice Cheng. "Una gran cantidad de materiales de innovación pueden ser muy caros, pero en este caso se puede comprar realmente espuma de poliuretano de bajo costo y un poco de cera en una tienda de artesanía", dice.  

Con el fin de estudiar las propiedades del material en más detalle, se utilizó entonces una impresora 3-D para construir una segunda versión de la estructura reticular de la espuma, para permitir que controlen cuidadosamente la posición de cada uno de los puntales y los poros.   

Cuando probaron los dos materiales, encontraron que la red impresa era más susceptible de análisis de la espuma de poliuretano, aunque esto último todavía estaría bien para aplicaciones de bajo costo, dice Hosoi. El revestimiento de cera también podría ser sustituido por un material más fuerte, tal como soldadura, añade.