Metamateriales impresos en 3D del MIT se auto-sensan al transformarse

La mayoría de los objetos están diseñados para una función única, requiriendo mecanismos como motores o bisagras para cualquier cambio de forma. En contraste, un equipo de investigación del MIT ha presentado un enfoque distinto con el desarrollo de un metamaterial mecánico impreso en 3D capaz de reconfigurarse en múltiples formas mientras sensa automáticamente su propia geometría.

Este sistema, denominado Bifur-circuits, integra las funcionalidades mecánica y eléctrica en bloques de construcción modulares. Las piezas se interconectan para formar estructuras que pueden ser estiradas, comprimidas, giradas o reorganizadas sin que sus conexiones eléctricas se interrumpan. La integración de vías conductivas directamente en las piezas impresas permite que el objeto identifique su configuración sin depender de cableado externo entre módulos. Esta innovación ha sido reportada por Hackster.io.

Para demostrar el concepto, los investigadores construyeron varios prototipos. Uno de ellos es un mueble que puede transformarse de silla a mesa de té y luego a una forma plana para su almacenamiento. A medida que cambia de forma, la estructura detecta su nueva configuración y la comunica a una pantalla electrónica. Otro prototipo es un controlador de juego transformable que activa diferentes videojuegos según su plegado.

Este avance se basa en investigaciones previas del MIT sobre metamateriales auxéticos, estructuras diseñadas para comportarse de maneras inusuales, como expandirse al ser estiradas. Si bien los diseños anteriores se aplicaron para crear antenas con frecuencias operativas ajustables mediante cambios de forma, estas estaban limitadas a tres configuraciones fijas. Bifur-circuits amplía estas posibilidades mediante un fenómeno conocido como bifurcación mecánica. En lugar de un número limitado de posiciones predeterminadas, los módulos conectados pueden "encajarse" en nuevas configuraciones estables cuando una fuerza alcanza un punto crítico. Cada módulo adicional incrementa exponencialmente el número de arreglos posibles.

La adaptación de la electrónica a este diseño supuso un desafío. El material conductivo se imprime directamente en las unidades del metamaterial y en los bloques conectores, creando caminos eléctricos que permanecen intactos sin importar cómo se ensamble o deforme la estructura. Las distintas configuraciones físicas dan lugar a diferentes circuitos eléctricos, lo que permite al sistema identificar no solo el estado de cada módulo individual, sino también la geometría global del objeto final.

Para que esto fuese viable, el material conductivo tuvo que ser lo suficientemente flexible para soportar deformaciones repetidas, manteniendo al mismo tiempo una señal eléctrica fiable. Los investigadores afirman que las estructuras mantuvieron su conectividad eléctrica después de más de 10.000 ciclos de compresión, lo que sugiere una durabilidad adecuada para aplicaciones prácticas.

Para facilitar la adopción de esta tecnología, el equipo también desarrolló un flujo de trabajo de diseño completo. Una herramienta de construcción basada en Fusion 360 asiste a los usuarios en la creación de ensamblajes personalizados, y un software complementario reconoce la estructura final y genera código para aplicaciones interactivas. Las piezas se producen en un único proceso de impresión 3D multi-material, utilizando filamentos conductivos y no conductivos, lo que reduce la necesidad de ensamblaje manual.

Los metamateriales mecánicos ya han demostrado que la geometría puede reemplazar numerosos componentes mecánicos tradicionales. Al integrar inteligencia eléctrica directamente en estas estructuras, los investigadores del MIT han avanzado la idea un paso más allá. En lugar de simplemente cambiar de forma, los futuros dispositivos de metamaterial podrían comprender su propia configuración exacta y responder en consecuencia.