Se trata de estructuras materiales a las que se les incorpora información y dota de capacidades inteligentes como, por ejemplo, actuabilidad, lógica o sensibilidad

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En el mundo de la I+D+i buena parte de los planteamientos y soluciones generadas tienen inspiración en los mecanismos que se observan en la naturaleza. Esta corriente del biomimetismo persigue, entre otros objetivos, la traslación a materiales u objetos de ciertas propiedades o pautas presentes tanto en el propio medioambiente como entre los seres vivos. Conviven de esta forma distintas aproximaciones encaminadas a conferir a los materiales determinadas cualidades para su autonomía.

La materia programable (programmable matter) permite cambiar sus propiedades físicas, especialmente su forma (aunque también otras como la densidad, conductividad, etc.), a partir de eventos o estímulos de tipo externo o bien con origen interno. Esta programación se sustenta en la creación de una serie de instrucciones ejecutables por parte de un objeto capaz de procesar estas directrices que le han sido previamente embebidas, a fin de que este elemento pueda percibir y responder de forma previsible frente a determinadas condiciones de su entorno.

Una visión más amplia de la materia con este perfil quedaría encuadrada en el terreno de los materiales animados (animate materials), que son aquellos desarrollados para ser sensibles y acomodarse a su entorno de distintas formas, pero con la finalidad última de mejorar el desempeño de sus funciones, y que deben caracterizarse por ser activos (modifican sus propiedades o ejecutan acciones a partir de elementos del entorno), adaptativos (perciben un cambio en el entorno y actúan ofreciendo una respuesta predeterminada) y/o autónomos (seleccionan automáticamente una respuesta apropiada ante un evento/estímulo, de entre un abanico de comportamientos posibles).

En este sentido, la materia activa (active matter) es una disciplina propia que se relaciona con las anteriores y que contempla aquellos sistemas vivos o inanimados integrados por elementos/agentes que generan fuerzas o movimiento a través del consumo de energía, mostrando propiedades dinámicas a gran escala que recaen en el campo de la física de no equilibrio (debido a ese persistente gasto energético). Esta área de conocimiento se focaliza particularmente en el estudio de los mecanismos de propulsión y del comportamiento colectivo inducido por los patrones de movilidad en el gran número de componentes idénticos que conforman este tipo de sistemas, y que incluyen estructuras muy activas que pueden autoensamblarse o transformarse físicamente hablando.

En este mismo ámbito, pero dentro del campo de la robótica, la “claytrónica” es una parcela de la ingeniería que trabaja sobre microrrobots reconfigurables (conocidos también como claytronic atoms o catoms) que pueden relacionarse entre sí (moverse, comunicarse, etc.) para formar objetos 3D de mayor escala con los que un usuario puede interactuar.

A su vez, toda esta tipología de materiales guarda, asimismo, una conexión estrecha con los avances de la impresión 4D. Uno de los propósitos que persigue esta tecnología emergente es conseguir que los productos impresos puedan transformarse en otros por sí mismos de forma que tengan cierta autonomía para, entre otras funciones, repararse o modificar su morfología, siendo así de utilidad para mejorar las condiciones o prestaciones de infraestructuras y equipamientos (ej. máquinas, edificios, etc.).

La combinación de estos nuevos materiales inteligentes con las funcionalidades propias del software de simulación y optimización, podrían dar lugar a capacidades de autotransformación y actuación programada. Una particularización de este caso podría ser una solución que permitiese conectar las herramientas CAD de diseño con conjuntos de catoms (que es una de las líneas de trabajo que está siguiendo el consorcio internacional “Programmable Matter”). El objetivo sería que, una vez realizado un diseño en la aplicación de CAD, estos datos se transfiriesen a los catoms para que conformasen un prototipo físico con la forma del diseño realizado y que, seguidamente, el diseñador pudiese interactuar con esos pequeños robots para hacer sus ajustes o mejoras en contexto real y, en última instancia, validar esa actualización de datos en la herramienta CAD para obtener el diseño final.

Asimismo, científicos del Departamento de Ciencias de la Ingeniería de la Universidad de Oxford han creado una serie de células (“SimCells”) con objeto de reprogramarlas para desarrollar tareas o funciones específicas. Por ejemplo, han tomado células bacterianas y degradado su cromosoma recortando su ADN (para evitar que interfiera en el cometido asignado) a través de la acción de una enzima, para actuar como biocatalizadores de una sustancia destinada a combatir el cáncer (catecol) y donde las SimCells ha demostrado su utilidad reduciendo la viabilidad de líneas celulares de cáncer cerebral, de piel y pulmonar.

Otro adelanto importante, en esta ocasión en beneficio de la industria de la moda y logrado por la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, ha sido la generación de un material biocompatible (basado en keratina procedente de lana de Angora) que puede ser impreso en 3D tomando cualquier geometría y ser preprogramado con memoria de forma reversible. Es decir, se dispone el material con la forma permanente deseada y se “graba” o “memoriza” dicha estructura, para después hacerlo moldeable remojándolo en agua y darle una segunda configuración, que puede revertirse para volver a la forma permanente al mojarlo de nuevo en agua. Esta solución se prevé de interés tanto para la personalización funcional de prendas de indumentaria como para textiles médicos con fines terapéuticos.