Estamos rodeados de sustancias ingeniosas: un menú de aleaciones metálicas que pueden envolver sobras o pieles de cohetes, pinturas de cualquier color imaginable y pantallas digitales en constante transformación. Prácticamente todos ellos aprovechan las propiedades naturales de los materiales subyacentes.

Pero una clase emergente de materiales es más versátil, incluso programable.

Conocidas como metamateriales, estas sustancias están meticulosamente diseñadas de manera que su composición estructural, a diferencia de su composición, determina sus propiedades. Algunos metamateriales podrían hacer práctica transferencia de energía inalámbrica a larga distancia, otros podrían traer “capas de invisibilidad, Materiales futuristas que responden a ondas cerebrales..

Pero la mayoría de los ejemplos son metamateriales sólidos: un equipo de Harvard se preguntó si podrían producir un metafluido. Resulta que sí, absolutamente. El equipo describió recientemente sus resultados en Naturaleza.

"A diferencia de los metamateriales sólidos, los metafluidos tienen la capacidad única de fluir y adaptarse a la forma de su contenedor", dijo Katia Bertoldi, profesora de mecánica aplicada en Harvard y autora principal del artículo. dijo en un comunicado de prensa. "Nuestro objetivo era crear un metafluido que no solo posea estos notables atributos sino que también proporcione una plataforma para viscosidad, compresibilidad y propiedades ópticas programables".

El metafluido del equipo está formado por cientos de miles de esferas diminutas y elásticas, cada una de entre 50 y 500 micrones de ancho, suspendidas en aceite. Las esferas cambian de forma dependiendo de la presión del aceite circundante. A presiones más altas, se deforman y un hemisferio colapsa hacia adentro en una especie de forma de media luna. Luego recuperan su forma esférica original cuando se alivia la presión.

Las propiedades del metafluido, como la viscosidad o la opacidad, cambian según cuál de estas formas adopten sus esferas constituyentes. Las propiedades del fluido se pueden ajustar en función de cuántas esferas hay en el líquido y de su tamaño o espesor.

Como prueba de concepto, el equipo llenó una pinza robótica hidráulica con su metafluido. Por lo general, los robots deben programarse para detectar objetos y ajustar la fuerza de agarre. El equipo demostró que la pinza podía adaptarse automáticamente a un arándano, un vaso y un huevo sin necesidad de detección ni programación adicionales. La presión de cada objeto "programó" el líquido para que se ajustara, permitiendo que la pinza recogiera los tres, sin daños, con facilidad.

El equipo también demostró que el metafluido podía pasar de opaco, cuando sus componentes eran esféricos, a más transparente, cuando colapsaban. La última forma, dijeron los investigadores, funciona como una lente que enfoca la luz, mientras que la primera la dispersa.

También es de destacar que el metafluido se comporta como un fluido newtoniano cuando sus componentes son esféricos, lo que significa que su viscosidad sólo cambia con los cambios de temperatura. Sin embargo, cuando colapsan, se convierte en un fluido no newtoniano, donde su viscosidad cambia dependiendo de las fuerzas de corte presentes. Cuanto mayor es la fuerza de corte (es decir, fuerzas paralelas que empujan en direcciones opuestas), más líquido se vuelve el metafluido.

A continuación, el equipo investigará propiedades adicionales, como cómo la acústica y la termodinámica de su creación cambian con la presión, y estudiará la comercialización. Hacer las esferas elásticas en sí es bastante sencillo y creen que metafluidos como el suyo podrían ser útiles en robots, como amortiguadores "inteligentes" o en tintas electrónicas que cambian de color.

"El espacio de aplicación para estos metafluidos escalables y fáciles de producir es enorme", dijo Bertoldi.

Por supuesto, la creación del equipo aún se encuentra en fase de investigación. Aún quedan muchos obstáculos por superar antes de que aparezca en productos que todos podamos disfrutar. Aún así, el trabajo se suma a una lista cada vez mayor de metamateriales y muestra la promesa de pasar de sólido a líquido.

Crédito de la imagen: Adel Djellouli/Mares de Harvard

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• Fuente: https://singularityhub.com/2024/04/10/harvards-new-programmable-fluid-shifts-its-properties-on-demand/