En los últimos años, Internet de las Cosas (en inglés, Internet of things, abreviado IoT) ha sido el foco de mucha actividad. Startups que crean sensores embebidos para las cosas físicas han sido adquiridas por grandes empresas a un ritmo rápido, con ofertas para las primeras por un total de más de $ 30 mil millones en los últimos cuatro años.
El IoT bien puede ser el próximo gran asunto, pero tal vez la atención en torno a los sensores está fuera de lugar…
¿Qué tal si ni siquiera necesitamos sensores incorporados para permitir que las cosas reúnan datos sobre su entorno? ¿Y si el material fuera un sensor en sí mismo?
Los materiales sensibles pueden sonar como un tema de la ciencia ficción, pero se están convirtiendo rápidamente en una realidad. Se está desarrollando una nueva generación de materiales que pueden detectar la temperatura, presión, impacto y otras variables – eliminando completamente la necesidad de sensores.
No sólo estos materiales pueden capturar y transmitir datos a la nube, también pueden reconfigurarse para reaccionar a las cambiantes condiciones ambientales. Es como si los materiales se están convirtiendo no sólo en inteligentes, sino «vivos» – y que van a cambiar la forma en que las cosas son diseñadas y utilizadas de forma asombrosa.
Fin de la era isotrópica
¿Cómo llegamos aquí? El diseño y la ingeniería solían enfocarse en los materiales que se comportaban de manera isotrópica – es decir, de manera uniforme y predecible. En la era isotrópica, se crea un diseño y luego se asigna un material para llevar a cabo una función específica en ese diseño.
¿Qué pasa si, sin embargo, se le permite a los materiales determinar el diseño, y no al revés? Esto lo vemos en la naturaleza todo el tiempo. Una semilla, por ejemplo, funciona junto con un entorno específico para crear un árbol.
Este es un ejemplo de materiales anisotrópicos en acción. A diferencia de los materiales isotrópicos, su comportamiento no está predeterminado, por lo que su rendimiento se puede adaptar a su entorno.
Bienvenidos a la era de diseño anisotrópico.
Una transformación para el transporte
Imaginemos un avión de la piel que se autocorrige para eliminar golpes y abolladuras, manteniendo de este modo una aerodinámica óptima. En la era isotrópica habría sido prácticamente imposible de diseñar – pero en la era anisotrópico, se convierte en una posibilidad.
Así es como funcionaría: Un componente del avión (como el ala) está hecho de un material compuesto que ha sido recubierto con una fina capa de nanosensores. Este recubrimiento sirve como un «sistema nervioso», permitiendo que «sienta» todo lo que está sucediendo a su alrededor – la presión, la temperatura y así sucesivamente.
Cuando el sistema nervioso del ala detecta daños, envía una señal a microesferas de material no curado dentro del recubrimiento de nanocristales. Esta señal indica a las microesferas que liberen su contenido en el área dañada y luego comienzan a curar, tanto como poner pegamento en una grieta y dejando que se endurezca.
Airbus ya está haciendo importantes investigaciones en esta área en el Centro Nacional de Materiales Compuestos de la Universidad de Bristol, acercándonos a una industria de la aviación moldeada por materiales inteligentes.
La industria del automóvil, por su parte, puede utilizar los materiales inteligentes para la fabricación de vehículos que no sólo detecten daños y se autoreparen, sino también que recojan datos sobre el rendimiento que puede retroalimentar el proceso de diseño e ingeniería.
El proyecto Hack Rod (http://hackrod.com/) – que reúne socios tecnológicos con un equipo de entusiastas del automóvil en el sur de California – busca diseñar el primer automóvil de la historia construido con materiales inteligentes y fabricado utilizando inteligencia artificial.
Estos materiales tienen un papel cada vez más importante en la configuración del mundo que nos rodea.
En otro ejemplo, Paulo Gameiro, coordinador del proyecto HARKEN financiado por la Unión Europea y jefe de proyecto de I + D para el proveedor portugués de textiles para automóviles Borgstena, está desarrollando un asiento y cinturón de seguridad prototipo que utilizan textiles inteligentes con sensores incorporados para detectar la frecuencia cardíaca y la respiración de un conductor, por lo que puede alertar a los conductores ante signos de somnolencia.
Mantenimiento de la infraestructura más sencillo
Más allá del transporte, más oportunidades esperan en los campos de la construcción y obras públicas, donde los materiales inteligentes pueden ayudar en gran medida con el monitoreo de la salud estructural.
Hoy en día, el mundo tiene cientos de carreteras, puentes y otras piezas de infraestructura que están degradando lentamente debido a su desgaste y la exposición al entorno. Con frecuencia ni siquiera sabemos qué elementos necesitan nuestra atención con mayor urgencia.
¿Pero y si fuese posible construir estas estructuras con «hormigón inteligente»? El «sistema nervioso» dentro del hormigón podría supervisar constantemente y evaluar el estado de la infraestructura e iniciar la autoreparación tan pronto como cualquier daño se haya sufrido.
Hay un gran proyecto actualmente en curso en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), llamado ZERO+, que tiene como objetivo reformar la industria de la construcción exactamente con este tipo de materiales compuestos avanzados.
Tejidos funcionales
Los investigadores del MIT también están trabajando duro en el recientemente formado Instituto de tejidos funcionales avanzadas de América (AFFOA) (http://news.mit.edu/2016/national-public-private-institute-innovations-fibers-fabrics-0401). Su objetivo es llegar a una nueva generación de tejidos y fibras que tendrán la capacidad de ver, oír y sentir su entorno; comunicar; almacenar y convertir la energía; monitorear la salud; controlar la temperatura; y cambiar su color.
Esta no es una película de Hollywood – esta es la realidad.
Estos tejidos funcionales hacen que las prendas no necesariamente sean sólo una ropa más. Pueden ser agentes de salud y bienestar, que sirvan como formas no invasivas para monitorear la temperatura del cuerpo o para analizar la presencia de diversos elementos en el sudor. Pueden ser fuentes de energía portátiles, capturando energía a partir de fuentes externas como el sol y la retención de esa energía. Incluso pueden ser utilizadas por soldados para adaptarse a diferentes entornos de manera más rápida y eficiente.
¿Y si accidentalmente se rasga un agujero en nuestra prenda? Naturalmente, los nanosensores dentro de la tela se involucrarán en un proceso de autoreparación para arreglar las cosas – de la misma manera que el ala del avión y el hormigón inteligente.
Viviendo en el mundo de materiales
Esta no es una película de Hollywood – esta es la realidad, y un claro indicador de la rapidez con que los materiales inteligentes están llegando.
Estos materiales tienen un papel cada vez más importante en la configuración del mundo que nos rodea – ya sea aviones e infraestructura o la ropa que llevamos. Mediante la creación de cosas que no sólo pueden capturar datos sobre su medio ambiente, sino también ajustar su rendimiento basado en esos datos, los materiales están empezando a desempeñar un papel activo en el diseño.
Este es el potencial de los materiales inteligentes, y es una de las claves para crear un mundo mejor diseñado a nuestro alrededor.