Inspirados en el origami y la franquicia cinematográfica “Transformers”, ingenieros de la Universidad de Princeton han creado un material revolucionario apodado “metabot”. Este metamaterial, construido a partir de plásticos simples y compuestos magnéticos, puede expandirse, cambiar de forma, moverse y responder a comandos electromagnéticos, actuando esencialmente como un robot controlado remotamente sin motores ni engranajes tradicionales. El avance difumina las líneas entre la robótica y la ciencia de materiales, ofreciendo aplicaciones potenciales que van desde la administración dirigida de fármacos hasta la termorregulación avanzada e incluso la imitación de puertas lógicas de computación.
Ingenieros de la Universidad de Princeton han desarrollado un metamaterial innovador, apodado “metabot”, que puede expandirse, cambiar de forma, moverse y responder a comandos electromagnéticos sin necesidad de motores ni engranajes internos, lo que recuerda a la franquicia cinematográfica “Transformers”. Este material innovador difumina las líneas entre la robótica y la ciencia de los materiales, ofreciendo un nuevo enfoque para la creación de estructuras adaptables y controladas remotamente.
La funcionalidad del metabot se deriva de su estructura única, inspirada en el arte del origami. Los investigadores diseñaron el metamaterial utilizando una combinación de plásticos simples y compuestos magnéticos hechos a medida. Al manipular un campo magnético, pueden controlar remotamente la estructura del metabot, haciendo que se expanda, se mueva y se deforme en varias direcciones. Esta capacidad de control remoto es una característica clave, que permite movimientos robóticos intrincados sin contacto físico directo.
El metabot está construido a partir de celdas unitarias modulares y reconfigurables que son imágenes especulares entre sí, una propiedad conocida como quiralidad. Este reflejo permite comportamientos complejos, como torcerse, contraerse y encogerse en respuesta a estímulos simples. Como señaló Tuo Zhao, investigador postdoctoral en el laboratorio de Paulino, el metabot puede realizar grandes contorsiones.
Expertos en el campo han reconocido la importancia de esta investigación. Xuanhe Zhao, experto en materiales y robótica del MIT, cree que el trabajo “abre una vía nueva y emocionante en el diseño y las aplicaciones del origami”. Davide Bigoni, profesor de mecánica de sólidos y estructural en la Universita’ di Trento en Italia, calificó el trabajo de innovador, sugiriendo que podría “impulsar un cambio de paradigma en múltiples campos”.
Las posibles aplicaciones de esta tecnología son diversas y prometedoras. Una aplicación reside en la robótica, con el potencial de que el metabot entregue medicamentos a partes específicas del cuerpo o ayude a los cirujanos a reparar huesos o tejidos dañados. Tuo Zhao creó un prototipo de metabot que tenía 100 micras de altura.
Los investigadores también demostraron el potencial del metabot para la regulación térmica. Al cambiar entre una superficie negra que absorbe la luz y una reflectante, pudieron ajustar la temperatura de la superficie de 27 grados Celsius (80 grados Fahrenheit) a 70 C (158 F) en un experimento. Esta capacidad de controlar las propiedades térmicas abre posibilidades para aplicaciones en ingeniería aeroespacial, absorción de energía y termorregulación espontánea.
El núcleo de la funcionalidad del metabot reside en su diseño geométrico. Los investigadores construyeron tubos de plástico con puntales de soporte dispuestos de manera que los tubos se tuercen cuando se comprimen y se comprimen cuando se tuercen. Estos tubos están dispuestos en patrones de Kresling, una característica común en el origami. Los bloques de construcción del diseño se crean conectando dos tubos de Kresling de imagen especular en la base para hacer un cilindro largo. En consecuencia, un extremo del cilindro se pliega cuando se tuerce en una dirección y el otro extremo se pliega cuando se tuerce en la dirección opuesta.
Este patrón simple de tubos repetidos permite el movimiento independiente de cada sección del tubo utilizando campos magnéticos diseñados con precisión. El campo magnético hace que los tubos de Kresling se tuerzan, colapsen o se abran, creando comportamientos complejos.
La naturaleza quiral del material le permite desafiar las reglas típicas de acciones y reacciones en objetos físicos. El metabot puede exhibir un comportamiento asimétrico, simulando la histéresis, un fenómeno en el que la respuesta de un sistema depende de su historial. Esto abre posibilidades para simular directamente sistemas complejos que se encuentran en la ingeniería, la física y la economía, que a menudo son difíciles de modelar matemáticamente.
Además, los investigadores prevén utilizar el metabot para diseñar estructuras físicas que imiten el rendimiento de las puertas lógicas hechas con transistores en una computadora. Esto podría conducir al desarrollo de métodos físicos para simular comportamientos complejos, como los estados no conmutativos.
La investigación fue un esfuerzo de colaboración en la Universidad de Princeton. Xiangxin Dang preparó simulaciones y modelos, Konstantinos Manos trabajó en la construcción del hardware de accionamiento magnético y Shixi Zang realizó experimentos y trabajó en el diseño del termorregulador. El proyecto recibió apoyo de la National Science Foundation, el Princeton Materials Institute, el Princeton Council on Science and Technology y el Andlinger Center for Energy and the Environment.
Ingenieros de Princeton han creado “metabots”—materiales transformables inspirados en el origami—que se mueven y responden a comandos electromagnéticos sin motores, difuminando las líneas entre robótica y materiales. Estos metamateriales modulares y quirales exhiben comportamientos complejos, incluyendo desafiar las reglas típicas de acción-reacción y simular histéresis, con potenciales aplicaciones que van desde la administración dirigida de fármacos y la termorregulación hasta antenas avanzadas e incluso simulaciones físicas de puertas lógicas de computadora. Este trabajo innovador promete un cambio de paradigma en numerosos campos, instándonos a reconsiderar la definición misma de lo que un material puede ser e inspirando una nueva era de materia programable.
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