Los materiales inteligentes, también conocidos como materiales responsivos o adaptativos, son aquellos que pueden cambiar sus propiedades en respuesta a estímulos externos.
Estos cambios pueden incluir variaciones en forma, color, resistencia, conductividad eléctrica y otras características físicas o químicas.
Por lo general esta reacción o respuesta la llevan a cabo mediante la variación de una o varias de sus propiedades. Entre estos estímulos externos se encuentran cambios de temperatura, cambios de humedad, compuestos químicos, variaciones de presión, pH, corriente eléctrica o campos magnéticos.
La capacidad de estos materiales para adaptarse y responder de manera controlada los convierte en componentes esenciales para tecnologías avanzadas.
En la actualidad existen diferentes tipos de materiales inteligentes y cada día surgen nuevos gracias a la inversión en I+D+I, (Investigación, Desarrollo e Innovación). Entre ellos, cabe destacar los siguientes.
Materiales con memoria de forma Poseen la capacidad de cambiar de forma e incluso volver a su forma original al ser expuestos a una fuente de calor, entre otros estímulos. Un ejemplo común es la aleación de níquel-titanio, también conocida como Nitinol. Estas aleaciones pueden ser deformadas a bajas temperaturas y luego recuperan su forma original cuando se calientan. Se utilizan en medicina, como en los stents coronarios fabricados con Nitinol que se expanden dentro de las arterias cuando se calientan a la temperatura corporal, mejorando la circulación sanguínea. También se usan en robótica como actuadores en robots suaves que utilizan Aleaciones con Memoria de Forma (SMA, Shape Memory Alloy) para movimientos precisos y controlados. En la industria aeroespacial, en componentes de aviones y naves espaciales que gracias a las SMA para adaptarse a diferentes condiciones de vuelo y temperatura.
Materiales cromoactivos Este modelo de material cambia de color al ser sometido a, por ejemplo, una determinada variación de temperatura, luz, presión, etcétera. Hoy en día se usan en sectores como el óptico, entre otros.
Materiales fotoactivos Actúan emitiendo luz ante la acción de diferentes estímulos externos. Dentro de este grupo se encuentran los siguientes tipos: los electroluminiscentes emiten luz cuando son alimentados con impulsos eléctricos, los fluorescentes devuelven la luz con mayor intensidad y los fosforescentes son capaces de emitir luz después de cesar la fuente inicial.
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 usarse como sensores y actuadores, vibradores, zumbadores y micrófonos. Además, existen polímeros piezoeléctricos en forma de filmes 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 electroreológicos y magnetoreológicos Al aplicarse un campo magnético o cambios eléctricos responden con un cambio en su comportamiento reológico. Se conforman de partículas magnetizables finamente divididas y suspendidas en un líquido portador, como el aceite mineral, el queroseno o un sólido portador de elasticidad. Su naturaleza suele ser reversible. Se emplean en el desarrollo de sensores, músculos artificiales y mecanismos orgánicos artificiales como prótesis y dispositivos de asistencia que se adaptan a los movimientos del cuerpo humano. En electrónica, en pantallas táctiles y dispositivos de entrada sensibles al tacto que pueden proporcionar retroalimentación háptica. En robots blandos, para que puedan moverse y adaptarse a su entorno de manera similar a los organismos vivos. También se utilizan en amortiguadores para evitar vibraciones sísmicas en puentes o rascacielos.
Cristales líquidos Presentan propiedades tanto de líquidos como de sólidos. Pueden cambiar su orientación y propiedades ópticas en respuesta a estímulos eléctricos o térmicos. Este comportamiento los hace esenciales para la tecnología de visualización en pantallas de cristal líquido (LCD) que utilizan televisores, monitores de computadoras y dispositivos móviles.
Oportunidades
En resumen, los materiales inteligentes están transformando al mundo. En el campo de la medicina con la creación de dispositivos más eficientes y personalizados. Desde implantes y prótesis adaptativas hasta sistemas avanzados de liberación de medicamentos, estos materiales prometen mejorar significativamente la calidad de vida de los pacientes.
Por otra parte, los materiales inteligentes tienen el potencial de mejorar la sostenibilidad y la eficiencia energética.
Aplicaciones como ventanas inteligentes, ropa adaptativa y sistemas de tratamiento de aguas pueden reducir el consumo de energía y minimizar el impacto ambiental.
Y, por último, están impulsando innovaciones en robótica, electrónica y manufactura. Con la fabricación de dispositivos más ligeros, eficientes y adaptables, se abren nuevas oportunidades para el desarrollo tecnológico.
Los materiales del futuro
La ciencia de los materiales es una constante de nuevos descubrimientos que están revolucionando el futuro. Entre los materiales más sorprendentes de los últimos años se encuentran los siguientes.
Tela de araña sintética Este material no solo es cinco veces más fuerte que el acero, sino que además posee una gran elasticidad. Sus potenciales usos son, entre otros, ropa a prueba de balas, piel artificial para quemados o adhesivos resistentes al agua.
Shrilk Su componente principal es la quitina, un carbohidrato que se encuentra en el caparazón del kril. Fue creado por investigadores de la Universidad de Harvard y está considerado el sustituto ideal del plástico —su tiempo de descomposición es de tan solo dos semanas y, además, funciona como estimulante para el crecimiento de las plantas.
Grafeno Sus potenciales usos son casi ilimitados: baterías con más autonomía, células solares fotovoltaicas más baratas, ordenadores más rápidos, dispositivos electrónicos flexibles, edificios más resistentes, miembros biónicos, etcétera. Todo esto es posible gracias a sus múltiples propiedades.
Estaneno Este material se optimiza en el Laboratorio de Aceleración de Partículas SLAC y la Universidad de Stanford. El estaneno podría ser el material del futuro, pues es el más fino y fuerte conocido hasta el momento. Muchos lo miran con optimismo porque podría convertirse en el supercondensador del futuro.
Dióxido de vanadio Tiene la capacidad de transmitir electricidad sin emitir calor.
Cemento termocrómico Promete aumentar la eficiencia energética de las viviendas.
Termoplásticos En especial el ácido poliláctico y el acrilonitrilo butadieno estireno, que se utilizan en la impresión 3D en sectores como el diseño, la medicina o arquitectura.