Investigadors de la Universitat Carlos III de Madrid (UC3M) i de Harvard, als Estats Units, han demostrat experimentalment que és possible reprogramar la forma i el comportament estructural de certs materials artificials amb propietats electromagnètiques, coneguts com a metamaterials, sense necessitat de modificar-ne la composició. Aquesta tecnologia obre la porta a innovacions en àmbits com la biomedicina i la robòtica tova, entre d’altres.
“L’element innovador de la nostra proposta és la incorporació de petits imants flexibles integrats en una matriu de romboides giratoris que permet modificar la rigidesa i la capacitat d’absorció d’energia de l’estructura, simplement canviant la distribució d’aquests imants o aplicant un camp magnètic extern”, explica Daniel García-González, del Departament de Mecànica de Medis Continus i Teoria d’Estructures de la UC3M.
“Això confereix unes propietats singulars que no són presents als materials convencionals ni a la natura. Quan dissenyem materials nous, normalment ens centrem en la composició química i en la seva microestructura, però amb els metamaterials també podem treballar amb la seva geometria interna i la disposició espacial”, afegeix l’investigador.
Segons els investigadors, aquest avanç suposa un pas endavant en la creació d’estructures mecàniques reconfigurables, útils en sectors com la robòtica, la protecció davant d’impactes o l’enginyeria aeroespacial.
“Des d’estructures de protecció davant d’impactes i components adaptatius en robòtica tova fins a sistemes d’amortiment intel·ligents en exoesquelets. En l’àmbit esportiu, es podrien utilitzar per modificar la resposta mecànica de la sola d’una sabatilla mitjançant les interaccions dels elements que s’hi incorporin. Per exemple, aportant més flexibilitat o rigidesa a determinades zones que permetin millorar la trepitjada d’una persona o d’un corredor”, assenyala Josué Aranda Ruiz, també del Departament de Mecànica de Medis Continus i Teoria d’Estructures de la UC3M.
En biomedicina també s’obren possibilitats innovadores. Per exemple, es podrien introduir modificacions d’aquestes estructures en una artèria obstruïda i, mitjançant l’aplicació d’un camp magnètic extern, expandir la matriu per aconseguir-ne la desobstrucció”, subratlla el científic.
Per dur a terme l’estudi, els investigadors de la UC3M i Harvard van combinar la identificació i la caracterització de diferents materials amb l’anàlisi del comportament en funció de les orientacions magnètiques. Amb aquest objectiu, van estudiar com la configuració, la magnetització residual i la rigidesa dels imants afecten les respostes estàtiques i dinàmiques del metamaterial.
Finalment, han demostrat que una reorientació acurada permet ajustar-ne el comportament de manera notable i han analitzat la integració d’aquests materials en estructures de major grandària per a assaigs dinàmics d’impacte.
“En modificar la posició dels imants per modular la interacció magnètica entre ells, podem aconseguir comportaments completament diferents en el material”, afegeix Carlos Pérez García, també del Departament de Mecànica de Medis Continus i Teoria d’Estructures de la UC3M.
Referència:
C. Perez-Garcia, R. Zaera, J. Aranda-Ruiz, G. Bordiga, G. Risso, M. L. Lopez-Donaire, K. Bertoldi, D. Garcia-Gonzalez. “Reprogrammable Mechanical Metamaterials via Passive and Active Magnetic Interactions”. Advanced Materials (2025).
Drets: Creative Commons.