Revolucionando la ingeniería biomédica: Impresión 4D de materiales electromecánicos inteligentes

La Universidad Carlos III de Madrid (UC3M), España, ha creado software y hardware para una impresora 4D con aplicaciones biomédicas. Además de impresión 3D, esta máquina controla funciones extra: programar la respuesta del material para que cambie de forma bajo campo magnético externo, o que sus propiedades eléctricas cambien bajo deformación mecánica.

Estructuras multifuncionales blandas

La investigación se centra en estructuras blandas multifuncionales con propiedades mecánicas que imitan tejidos biológicos (cerebro, piel). Además, cambian forma o propiedades bajo estímulos externos (campos magnéticos, corrientes eléctricas).

Metodología 4D novedosa

Hasta ahora, los avances en diseño y fabricación eran limitados en diseño de forma y programación de respuestas inteligentes. El estudio publicado en Advanced Materials Technologies abre nuevas posibilidades con una metodología 4D novedosa.

«Esta tecnología permite no solo controlar la impresión 3D, sino también dar a las estructuras la capacidad de cambiar propiedades o geometría ante campos magnéticos externos, o modificar sus propiedades eléctricas al deformarse», explica Daniel García González, jefe del proyecto ERC 4D-BIOMAP y profesor asociado en UC3M.

Retos de impresión y solución interdisciplinar

El material extruido pasa de líquido a sólido durante la impresión. Es necesario entender la dinámica del material para adaptar el proceso y obtener material suficientemente líquido al fluir por la boquilla pero lo bastante sólido para mantener forma. Desarrollaron metodología interdisciplinar combinando técnicas teóricas y experimentales para construir el dispositivo desde cero (hardware y software).

Nuevo material auto-reparable

Desarrollaron un concepto de material que se auto-repara sin intervención externa: matriz de polímero blando con partículas magnéticas con campo remanente. «Es como tener pequeños imanes distribuidos en el material; si se rompe, al juntar las partes, se unen físicamente recuperando integridad estructural», dice González.

Tres tipos de materiales funcionales impresos

• Cambian forma y propiedades bajo campos magnéticos externos.
• Capacidad de auto-reparación.
• Propiedades eléctricas (conductividad) varían según forma o deformación.

La combinación de auto-reparación y conductividad variable con deformación abre enormes posibilidades en sensores y robots blandos.

Para más información, contactar a Fco. Javier Alonso en [correo protegido]; 916-249-035.