No cabe duda, que la evolución humana va ligada a la modificación del entorno. Desde el primer homínido que utilizó una piedra como herramienta —o un hueso según la icónica escena de 2001: una odisea del espacio—, hemos llegado a la conocida como ciencia de los materiales.
Esta disciplina utiliza la física, la química y la ingeniería para estudiar cómo están formados los materiales y cuáles sus propiedades físicas, así como para descubrir y desarrollar nuevos materiales, como los smart materials, con el fin de hallar nuevos usos aplicables a cualquier sector.
QUÉ SON LOS MATERIALES INTELIGENTES o Smart materials
Los materiales inteligentes, activos, o también denominados multifuncionales son materiales capaces de responder de modo reversible y controlable ante diferentes estímulos físicos o químicos externos, modificando alguna de sus propiedades. Estos materiales implican, hoy en día, importantes avances científicos y tecnológicos y deben, por tanto, formar parte de estudios avanzados acerca de la constitución y propiedades de los materiales.
Los materiales inteligentes reaccionan a distintos estímulos externos, pero los principales son: cambios de temperatura, compuestos químicos, variaciones de humedad y de presión, pH, corriente eléctrica y campos magnéticos. Frente a estos detonantes, los materiales pueden variar en su forma, tamaño, viscosidad, color, disposición cristalográfica y opacidad.
Por su sensibilidad o actuación, estos materiales pueden ser utilizados para el diseño y desarrollo de sensores, actuadores y productos multifuncionales, algunos de estos materiales, son conocidos desde hace muchos años, mientras que la mayoría son de reciente aparición. Se manifiestan en diferentes naturalezas, inorgánicas, metálicas y orgánicas, y su comportamiento es muy diverso siendo sensibles a una amplia variedad de fenómenos físicos y químicos.
Algunos de estos materiales, son conocidos desde hace muchos años y otros (la mayoría) son de reciente aparición. Se manifiestan en diferentes naturalezas, inorgánicas, metálicas y orgánicas, y su comportamiento es muy diverso siendo sensibles a una amplia variedad de fenómenos físicos y químicos.
Por ejemplo, hasta hace pocos años todos nos hemos maravillado ante los displays de cristal líquido (LCD) presentes en pantallas planas de ordenador, teléfonos móviles, .etc.
Pero ya ha comenzado su cuenta atrás con la aparición de los OLED (Organic Light-Emitting-Diode), pantallas en base a polímeros multicapa que emiten luz ante pequeños estímulos eléctricos, permitiendo diseños más ligeros y flexibles. Siendo imparable el desarrollo de nuevo productos en base a los materiales activos.
TIPOS DE MATERIALES INTELIGENTES
Tampoco existe un único tipo o característica en estos materiales. Pueden ser duros, flexibles, blandos y fluidos. Además, se manifiestan en naturalezas orgánicas, inorgánicas y metálicas.
Por lo tanto, pueden ser usados en el diseño y desarrollo de sensores, actuadores, productos multifuncionales, robots y muchas más. Además, permiten la creación de estructuras inteligentes que, combinando estos materiales, pueden auto diagnosticarse y modificarse según las condiciones que les sean óptimas.
En la actualidad, existen diferentes tipos de materiales inteligentes y cada día, gracias a la inversión en I+D+i, surgen nuevos. Entre ellos, cabe destacar los siguientes:
Materiales piezoeléctricos
Pueden convertir la energía mecánica en eléctrica y viceversa. Por ejemplo, cambian su forma ante un impulso eléctrico o producen una carga eléctrica en respuesta a un esfuerzo mecánico aplicado.
Este tipo de materiales suelen ser aplicados como sensores y actuadores, vibradores, zumbadores y micrófonos. Además, existen polímeros piezoeléctricos en forma de films que son incorporados a plásticos y composites, como el PVDF. Usualmente este efecto es reversible; cuando el material deja de ser sometido al estímulo, recupera su forma.
Materiales con memoria de forma
Estos materiales inteligentes tienen la capacidad de recordar su forma y volver a ella después de haber sido deformados. El cambio de forma se puede producir por un cambio térmico, magnético o de humedad. Pueden deformarse y volver a su forma original una infinidad de veces sin deteriorarse. Usualmente, son aleaciones, cerámicas, polímeros y aleaciones ferromagnéticas.
Materiales cromo activos
Son materiales que modifican su color ante cambios te temperatura, luz, presión o fenómenos eléctricos. El cambio de color es usualmente reversible y es inducido fotoquímica o térmicamente. Dependiendo del estímulo, se activa el material y cuenta con diferentes tipos. Hoy en día se usan en sectores como el óptico, entre otros.
Materiales magnetorreológicos
Los fluidos magnetorreológicos (FMR) son materiales inteligentes , líquidos cuyas propiedades reológicas se ven alteradas por la presencia de una onda magnética. Su viscosidad al aplicar un campo magnético es regulable desde un fluido medianamente viscoso hasta un estado similar a una masa o lodo muy espeso, sin modificar ni forma ni volumen.
En la actualidad se utilizan, por ejemplo, en amortiguadores para evitar vibraciones sísmicas en puentes o rascacielos.
Materiales fotoactivos
A diferencia de los anteriores, los materiales inteligentes fotoactivos son capaces de emitir luz ante la acción de diferentes estímulos externos. Dentro de este grupo distinguimos los siguientes tipos:
Materiales electroluminiscentes. En estos materiales, se consigue la emisión de luz al conectarlos a corriente eléctrica. Esto permite tener un control de su funcionamiento bastante preciso mediante electrónica.
Materiales fotoluminiscentes. En este caso, los materiales fotoluminiscentes son capaces de emitir luz ante la exposición a una determinada longitud de onda, normalmente dentro del rango del ultravioleta (UV).
Impacto de los materiales inteligentes en los diferentes sectores
Una vez analizadas la nueva generación de fabricación aditiva, nos podemos preguntar cuál va a ser el impacto en los diferentes sectores de actividad. Se puede analizar los siguientes casos:
Moda / retail: con los materiales inteligentes se conseguirá cambiar la forma, es decir, una empresa de ropa deportiva podrá diseñar una zapatilla deportiva con una suela que se adapte al suelo pavimentado mojado o al seco para mejorar su agarre.
Medicina: las empresas de medicina podrán diseñar ‘stents autoensamblables‘ para reducir los tiempos de cirugía y mejorar la evolución del paciente. Podemos coger el ejemplo de 3 niños norteamericanos con anomalías de respiración y a los que se les introdujeron unas férulas para abrirles la tráquea (estos dispositivos se fueron adaptando a los menores durante su crecimiento y, finalmente, se disolverán cuando cumplan su misión).
Construcción: nos podemos imaginar muros que ajustan de forma automática su espesor durante las diferentes estaciones del año para adaptar su aislamiento o en determinadas franjas horarias. Se podrá aplicar en estructuras más complejas e inteligentes para edificios que cambien de propiedades físicas según el uso o las capacidades de adaptarse a condiciones extremas como sería la temperatura o si se sufre actividad sísmica.
Infraestructuras urbanas: se podrá dar la capacidad de adaptación que permitirá diseñar smartcities más eficientes. Se podría integrar, para dar algún ejemplo, sistemas de tuberías que cambiaran de forma automática su diámetro en respuesta al flujo y a la demanda de agua o carreteras que cambien sus propiedades para favorecer la absorción de agua cuando llueva o incrementar la fricción de los coches para aquellos coches que vayan demasiado rápido para así conseguir frenarlo.
Defensa: gracias a esta tecnología, los batallones pueden tener a su disposición vehículos que serán capaces de camuflarse con el entorno donde estén o chalecos antibalas mucho menos pesado ya que sus fibras solo se agrupan en la posición en el momento de recibir un impacto.
Sin lugar a dudas, la innovación en materiales y la investigación científica continúan generando formas optimizadas de producir nuevos materiales sostenibles, eficaces y versátiles. Gracias a ello, cada año se ahorran grandes cantidades de dinero en una amplia variedad de sectores, además de contribuir a la protección y la mejora del medio ambiente.
