En el estudio realizado se presenta un tipo de materia fase transicional magnetoactiva (MPTM). Los MPTM exhiben una combinación de alta resistencia mecánica, alta capacidad de carga, movilidad rápida, excelente controlabilidad y adaptabilidad morfológica robusta. Esta combinación única de propiedades es posible gracias a la transición reversible de los MPTM entre estados rígidos y fluidos a través del calentamiento de campos magnéticos alternos y enfriamiento ambiental. Para ilustrar las capacidades únicas de los MPTM, experimentaron máquinas de soldadura inteligentes para manipular y soldar componentes electrónicos para crear un circuito funcional. También utilizaron MPTM como tornillos universales para ensamblar piezas en espacios de difícil acceso y como máquina de encapsular para eliminar objetos extraños o entregar medicamentos en un estómago modelo. Los MPTM son prometedores para futuras aplicaciones en electrónica flexible, salud y robótica que dependen de la reconfigurabilidad y reparación de formas dinámicas.
Donde los robots tradicionales tienen cuerpos duros y rígidos, los robots suaves tienen el problema opuesto: son flexibles pero débiles y sus movimientos son difíciles de controlar. "Dar a los robots la capacidad de cambiar entre estados líquido y sólido les otorga más funcionalidad", dice Chengfeng Pan, un ingeniero de The Chinese University of Hong Kong que lideró el estudio.
El equipo creó el nuevo material de cambio de fase, llamado "máquina de transición de fase sólido-líquido magnetoactiva", al incorporar partículas magnéticas en galio, un metal con un punto de fusión muy bajo (29.8 °C).
"Las partículas magnéticas aquí tienen dos funciones", dice el autor principal y ingeniero mecánico Carmel Majidi de Carnegie Mellon University. "Una es que hacen que el material sea sensible a un campo magnético alternante, por lo que se puede calentar el material y causar el cambio de fase a través de la inducción. Pero las partículas magnéticas también dan a los robots movilidad y la capacidad de moverse en respuesta al campo magnético".
Un video de un robot que elimina un objeto extraño de un estómago modelo. Crédito: Wang y Pan et al.
Esto es en contraste con los materiales de cambio de fase existentes que dependen de pistolas de calor, corrientes eléctricas u otras fuentes de calor externas para inducir la transformación sólido-líquido. El nuevo material también cuenta con una fase líquida extremadamente fluida en comparación con otros materiales de cambio de fase, cuya fase "líquida" es considerablemente más viscosa.
Antes de explorar las posibles aplicaciones, el equipo probó la movilidad y la resistencia del material en una variedad de contextos. Con la ayuda de un campo magnético, los robots saltaron sobre fosos, subieron paredes e incluso se dividieron en dos para mover cooperativamente otros objetos antes de volver a unirse.
Un video de un robot con forma humana que se licúa para escapar de una jaula, después del cual es extraído y vuelve a su forma original. Crédito: Wang y Pan et al.
En un video, un robot con forma humana se licúa para escurrirse a través de una rejilla, después de esto vuelve a su forma original.
"Ahora, estamos llevando este sistema de materiales de una manera más práctica para resolver algunos problemas médicos y de ingeniería muy específicos", dice Pan.
Un video de un robot entregando un medicamento en un estómago modelo. Crédito: Wang y Pan et al.
En el lado biomédico, el equipo utilizó los robots para extraer un objeto extraño de un estómago modelo y para entregar medicamentos de forma inmediata en el mismo estómago. También demuestran cómo el material podría funcionar como robots soldadores inteligentes para el ensamblaje y reparación de circuitos inalámbricos (al fluir en los circuitos difíciles de alcanzar y actuando como soldadura y conductor) y como un "tornillo" mecánico universal para ensamblar piezas en espacios difíciles de alcanzar (al fundirse en el orificio del tornillo y luego solidificarse; no se requiere atornillar realmente).
Un video de un robot soldador inteligente reparando un circuito. Crédito: Wang y Pan et al.
"En el futuro, se deberá explorar más a fondo cómo estos robots podrían utilizarse en un contexto biomédico", dice Majidi. "Lo que estamos mostrando son solo demostraciones aisladas, pruebas de concepto, pero se requerirá mucho más estudio para profundizar en cómo esto podría utilizarse para la entrega de medicamentos o para eliminar objetos extraños."
MÁS INFORMACIÓN Carmel Majidi, Magnetoactive Liquid-Solid Phase Transitional Matter, Matter (2023).
