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

Universidad Carlos III de Madrid, España

Una nueva impresora inteligente permite la fabricación de materiales blandos multifuncionales adaptando continuamente los parámetros de extrusión. Combinando métodos experimentales y computacionales, imprime materiales conductores y magnetoactivos con propiedades mecánicas que imitan los tejidos biológicos. (Imagen:UC3M)

Investigadores de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) han creado software y hardware para una impresora 4D con aplicaciones en el campo biomédico. Además de la impresión 3D, esta máquina permite controlar funciones adicionales:programar la respuesta del material para que se produzca un cambio de forma bajo un campo magnético externo, o se desarrollen cambios en sus propiedades eléctricas bajo una deformación mecánica.

Esta línea de investigación se centra en el desarrollo de estructuras blandas multifuncionales, que consisten en materiales con propiedades mecánicas que imitan tejidos biológicos como el cerebro o la piel. Además, pueden cambiar su forma o propiedades cuando se activan mediante estímulos externos, como campos magnéticos o corrientes eléctricas.

Hasta ahora, este equipo de investigadores había realizado varios avances en el diseño y fabricación de estas estructuras, pero eran muy limitados en cuanto a diseño de formas y programación de respuestas inteligentes. El trabajo presentado en su último estudio, publicado en la revista Advanced Materials Technologies, les ha permitido abrir nuevas posibilidades mediante el desarrollo de una novedosa metodología de impresión 4D.

“Esta tecnología nos permite no sólo controlar la forma en que imprimimos estructuras tridimensionales, sino también darles la capacidad de cambiar sus propiedades o geometría en respuesta a la acción de campos magnéticos externos, o la capacidad de modificar sus propiedades eléctricas cuando se deforman”, explicó uno de los investigadores, Daniel García González, jefe del proyecto ERC 4D-BIOMAP (GA 947723) y profesor asociado en el Departamento de Mecánica del Continuo y Teoría de Estructuras de la UC3M.

Este tipo de impresión es complejo ya que el material a extruir pasa de líquido a sólido durante el proceso de impresión. Por tanto, es necesario comprender la dinámica del material para adaptar el proceso de fabricación y obtener un material que sea suficientemente líquido cuando fluye a través de la boquilla de la impresora pero lo suficientemente sólido como para mantener una forma específica.

Para ello, han desarrollado una metodología interdisciplinar que combina técnicas teóricas y experimentales que les permite construir el dispositivo de impresión desde cero, incluyendo el hardware y el software.

Los investigadores también han desarrollado un nuevo concepto de material que puede curarse a sí mismo de forma autónoma sin necesidad de acción externa. "Este material está formado por una matriz polimérica blanda incrustada con partículas magnéticas con campo remanente. A efectos prácticos, es como si tuviéramos pequeños imanes distribuidos en el material, de modo que, si se rompe, al volver a juntar las piezas resultantes, se unirán físicamente recuperando su integridad estructural", afirma González.

Gracias a estos avances el equipo pudo imprimir tres tipos de materiales funcionales:algunos que cambian su forma y propiedades en respuesta a campos magnéticos externos; otros con capacidad de autocuración; y otros cuyas propiedades eléctricas (conductividad) varían según su forma o deformación.

La combinación de materiales con capacidades de autocuración y cuyas propiedades de conducción eléctrica varían con la deformación abre enormes posibilidades en el desarrollo de sensores y robots blandos.

Para más información contacte con Fco. Javier Alonso en Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Necesita activar JavaScript para verlo.; 916-249-035.