Material inteligente

Hoy voy a responder ciertas preguntas interesantes sobre estos materiales que se consideran los materiales del futuro. ¿Qué es? ¿Para que se utilizan? ¿Cuáles son sus orígenes? etc.

¿Qué es?:
Los materiales inteligentes son capaces de responder de modo reversible y controlable ante diferentes estímulos físicos o químicos.

Algunos ejemplos de materiales inteligentes que pueden añadir nuevas capacidades a la robótica y a los organismos artificiales.

Los materiales inteligentes pueden ser duros, como los piezomateriales; flexibles, como las aleaciones con memoria de forma; blandos, como los elastómeros dieléctricos; y fluidos, como los ferrofluidos y los fluidos electrorreológicos.
De esta forma si necesitamos un robot que pueda detectar los productos químicos lo podemos construir utilizando un material inteligente que cambie de propiedades eléctricas cuando esté expuesto al producto químico en cuestión.

¿Tipos de materiales inteligentes?:
Fotoluminescentes: la luminiscencia es todo proceso de emisión de luz cuyo origen no se debe exclusivamente a las altas temperaturas sino que se trata de una forma de “luz fría” en la que la emisión de radiación lumínica es provocada en condiciones de temperatura ambiente o baja. Dependiendo de la energía que la origina es posible hablar de varias clases de luminiscencia:

• Fotoluminiscencia: Es una luminiscencia en la que la energía activadora es de origen electromagnético (rayos ultravioleta, rayos X o rayos catódicos)

• Catodoluminiscencia: si el origen es un bombardeo con electrones acelerados.

• Radioluminiscencia: si el origen es una irradiación con rayos α, β o γ.

• Piezoeléctricos: son aquellos que al ser sometidos a tensiones mecánicas adquieren una polarización eléctrica en su masa y aparece una diferencia de potencial y cargas eléctricas en su superficie

• Cromoactivos: son los materiales en los que se producen cambios de color como consecuencia de algún fenómeno externo como la temperatura o la presión.

• Termocrómicos que cambian reversiblemente de color con la temperatura.

• Electrocrómicos presentan la propiedad de cambiar de espectro de absorción al cambiar su estado de oxidación por la aplicación de una diferencia de potencial externa. 

• Fotocrómicos cambian reversiblemente de color con cambios en la intensidad de la luz. Cuando la luz solar o la radiación UV se aplica sobre la estructura molecular del material, ésta cambia y aparece un color.

• Materiales con memoria de forma: son aquellos que tienen la capacidad de recordar su forma y son capaces de volver a esa forma después de haber sido deformados.

Aplicaciones de los materiales Inteligentes:

Se pueden aplicar materiales como:

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, etc. Todo esto es posible gracias a sus múltiples propiedades.

Además, se este tipo de materiales se pueden emplear en diferentes aspectos como:

Transporte: la utilización de nuevos materiales en el mundo del transporte puede generar importantes beneficios a nivel de reducción de la contaminación, reducción del coste de los combustibles y mejoras en generar en la eficiencia de los vehículos. Además vemos que todo tipo de medios de transporte pueden verse beneficiados por estos avances, como es el caso de las bicicletas.

Robótica: gracias al desarrollo de todo tipo de nuevos materiales se está avanzando enormemente en el desarrollo de la robótica blanda, una nueva disciplina tecnológica que va a permitir un gran avance para que la robótica nos ofrezca mejores utilidades a las personas.

Energía: aunque la generación de energías limpias sigue siendo insuficiente para remediar el gran problema al que nos enfrentamos con la contaminación y el calentamiento global, podemos considerar que la situación está mejorando considerablemente gracias a multitud de avances que se están produciendo en materia de investigación para la generación de energías renovables, principalmente para la obtención de la energía del Sol.

IMPRESIÓN 3D:

La impresión 3D, también conocida como fabricación por adición, es un proceso por el que se crean objetos físicos mediante la colocación de materiales en capas según un modelo digital. Todos los procesos de impresión 3D requieren que el software, el hardware y los materiales trabajen de forma conjunta.

La tecnología de impresión 3D se puede utilizar para crear cualquier cosa a partir de prototipos, desde piezas sencillas a productos finales de un nivel técnico muy elevado.

Características: 

• En estas impresoras 3D encontramos lo último en tecnología de impresión y diseño. Una técnica que es utilizada para el modelado 3D y que es la tecnología de superposición de capas, que te permite conseguir unos resultados tan realistas como los impresos.

• Con el uso de estas impresoras podrás crear un objeto en 3D con el que podrás construir desde piezas más pequeñas hasta piezas más grandes, que podrás unir para hacer una prenda de ropa (por ejemplo). Estas capas se pueden configurar para que sean impresas en base a una determinada precisión o velocidad.

• En cuanto a la conectividad encontramos fundamentalmente puertos USB, para recibir datos desde el PC u otros dispositivos. También hay que decir, que son especialmente voluminosas y lentas en estos momentos, pero se espera que mejoren con el paso de los años, ya que todavía es un producto nuevo.

Utilidad:

Las impresoras 3D se utilizan para hacer copias de objetos o nuevos modelados 3D en el campo del diseño gráfico, diseño industrial e ingeniería.

Aunque sus usos se están extendiendo hacia todo tipo de prácticas, como en el campo de la medicina, también empezamos a ver carteles publicitarios fabricados con esta tecnología y todo tipo de publicidad. ¿A quién no le gusta tener un diseño impreso único?

Los usos de las impresoras 3D van desde prótesis, ropa o comida hasta casas. Están consiguiendo revolucionar el mercado, y eso que todavía “no lo hemos visto todo”.

Coste ambiental:

1. La escala de producción

 El tiempo estándar de producción se estableció en 50 minutos para ambos métodos para calcular el costo energético. Y se comparó la producción en masa con la producción personalizada.

Los resultados mostraron que la manufactura clásica no es buena ambientalmente hablando para bajos volúmenes de producción, mientras que la impresión 3D no puede competir con la inyección en moldes para la producción de grandes volúmenes.

Conclusión: en cuanto a la escala de producción, el impacto ambiental de la impresión 3D es menor en volúmenes de producción inferiores a 300 réplicas.

2. Los materiales

La mayoría de las impresoras 3D, tanto las industriales como las domésticas, utilizan dos tipos de plástico: ABS, derivado del petróleo, y PLA, de procedencia vegetal (almidón de maíz). También hay muchos otros materiales en uso y en experimentación, pero aún no están tan extendidos. Algunos son pastas de papel o madera, otros son a base desechos industriales y materiales de construcción, y otros provienen de algas marinas, por ejemplo.

Desde el punto de vista ambiental, la impresión 3D es favorable en cuanto a los materiales en dos aspectos. Por un lado, por la composición de los materiales en sí mismos. Y, por el otro, por la cantidad de material usado para la producción.

3. El ciclo de vida del producto:

Con respecto al ciclo de vida del producto, cuanto mayor sea este menor será el impacto ambiental derivado de la fabricación. En este sentido, los productos fabricados por medio de la impresión 3D pueden resultar ventajosos.

Cuando a un producto compuesto por varias piezas fabricadas con inyección en moldes se le estropea una de ellas, por lo general debemos comprar un producto nuevo. La impresión 3D, en cambio, permite fabricar piezas aisladas, lo cual amplía el ciclo de vida de ese producto.

Por otro lado, la impresión 3D también permite el añadido de piezas nuevas o el reemplazo por otras mejores, lo cual optimiza y alarga la vida al producto original.