MIT desarrolla un marco de diseño para metamateriales tejidos en 3D

Investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) han desarrollado un marco de diseño computacional para crear metamateriales tejidos tridimensionales (3D). Estos materiales, caracterizados por su microestructura interna más que por su composición química, están diseñados para ser suaves, flexibles y deformables, lo que los hace adecuados para aplicaciones en robótica blanda, dispositivos biomédicos y tecnología portátil.

El marco genera estructuras complejas tejidas en 3D compuestas por fibras entrelazadas que se autoconectan y enredan, proporcionando propiedades mecánicas únicas. Carlos Portela, profesor de desarrollo profesional Robert N. Noyce y profesor asociado de ingeniería mecánica en el MIT, destacó la importancia de los materiales blandos en los desafíos emergentes de la ingeniería, afirmando:

"Se requieren materiales blandos para los desafíos emergentes en áreas como la robótica blanda, dispositivos biomédicos o incluso para dispositivos portátiles y textiles funcionales."

La investigación, publicada el 26 de enero en Nature Communications, incluye código de fuente abierta que permite a los usuarios crear diseños adaptados a especificaciones particulares y generar archivos para impresión 3D o simulación. Las reglas de diseño, presentadas como un algoritmo, proporcionan una representación gráfica del metamaterial, dictando la colocación y conexiones de las fibras dentro de la estructura. Este enfoque permite la creación de materiales con rigidez variable y la capacidad de cambiar de forma bajo tensión.

La autora principal, Molly Carton, anteriormente investigadora postdoctoral en el laboratorio de Portela y ahora profesora asistente de investigación en la Universidad de Maryland, destacó la versatilidad del marco:

"Debido a que este marco permite que estos metamateriales se adapten para ser más suaves en un lugar y más rígidos en otro, o para cambiar de forma al estirarse, pueden exhibir una gama excepcional de comportamientos que sería difícil diseñar usando materiales blandos convencionales."

El marco de simulación también predice las respuestas a la deformación, capturando fenómenos complejos como el autoconacto dentro de las fibras y el enredo. Esta capacidad predictiva permite diseñar materiales que pueden resistir la deformación o controlar los patrones de falla. Portela señaló la importancia de personalizar la falla en estos materiales, afirmando:

"La parte más emocionante fue poder personalizar la falla en estos materiales y diseñar combinaciones arbitrarias."

Este trabajo proporciona una herramienta para diseñar, imprimir y simular una nueva clase de metamateriales extensibles y resistentes, ampliando el espacio de propiedades de las estructuras tejidas. Carton expresó optimismo sobre el potencial del marco en diversas disciplinas, diciendo:

"Al lanzar este marco como una herramienta de software, nuestra esperanza es que otros investigadores exploren lo que es posible usando redes tejidas y encuentren nuevas formas de utilizar esta flexibilidad de diseño."