que existen los materiales inteligentes?   Por: Yesenia Arredondo León Coordinadora de la Licenciatura en Ciencia de Materiales Sustentables Escuela Nacional de Estudios Superiores Unidad Morelia   Uno de los objetivos de la tecnología se concentra en producir materiales con propiedades que se adapten a su entorno y que al mismo tiempo mantengan su eficiencia y funcionalidad. Los materiales nos rodean en la vida cotidiana y tratamos de usarlos de manera inteligente para cada propósito, es decir, no vestimos con atuendos hechos de papel, ni tampoco pegamos el recubrimiento de azulejo del cuarto de baño con cinta adhesiva. Sin embargo, si un material es capaz de responder a las diferentes circunstancias del medio ambiente y de tener un comportamiento específico deseado, entonces se dice que es un material inteligente. La producción específica de materiales inteligentes surge alrededor de la mitad del siglo XX cuando las técnicas experimentales y el desarrollo computacional dan un nuevo impulso a la investigación. No olvidemos, además, que las dos guerras mundiales promovieron una intensa actividad científica. Actualmente se utilizan y desarrollan materiales inteligentes en las áreas de medicina, las industrias automotriz y aeronáutica, en robótica, y en la industria del vestido, entre otras.

La ingeniería de materiales ha producido ejemplos de lo anterior como materiales con memoria de forma y materiales que se auto-regeneran. Los primeros, tienen la habilidad de recuperar su forma original después de haber sufrido una deformación. Para activar el recuerdo de su forma original se aplica algún estímulo externo como una corriente eléctrica, un campo magnético o se puede modificar la temperatura del ambiente. Los cambios de forma en un material con estas características se pueden agrupar en tres categorías: uni-direccional, bi-direccional o de súper-elasticidad. Los uni-direccionales se mantienen deformes incluso cuando se dejó de aplicar la fuerza que los deformó y recuperan su forma original después de un proceso de calentamiento. Los materiales bi-direccionales pueden recordar su forma original también a temperatura ambiente, sin embargo, su nivel de recuperación es menor que el de los uni-direccionales y tienden a deteriorarse a altas temperaturas. Por lo anterior, suelen ser comercialmente menos exitosos. En contraste, los materiales con propiedades de súper-elasticidad no requieren una activación térmica y pueden recuperar su forma al aplicar una fuerza mecánica. De hecho, nosotros estamos familiarizados con algunos de estos materiales: los termostatos de algunos calentadores de agua se apagan de manera automática al alcanzar la temperatura deseada porque tienen unas láminas metálicas que se deforman con la temperatura y desactivan el calentador. Las láminas recuperan su forma original al recuperar la temperatura ambiente.

Los materiales que se auto-regeneran tienen la habilidad de reparar en sí mismos daños ocasionados por desgaste o accidente mecánico. El proceso de reparación se puede hacer de manera autónoma o con la intervención de un agente externo. Los distintos tipos de materiales auto-regenerativos se agrupan en las categorías de polímeros (plásticos), pinturas y recubrimientos, aleaciones metálicas, así como materiales cerámicos y concreto. Los daños dentro de los materiales son difíciles de percibir cuando comienzan como micro-fracturas, pero al incluir alguno de los materiales auto-regenerativos, el mismo material es capaz de identificar el daño y repararlo de forma automática, evitando así accidentes causados por fatiga y extendiendo su vida útil. Durante el proceso de producción de los materiales arriba mencionados, se pueden agregar micro-cápsulas o fibras, de un diámetro aproximado de 50 micrómetros, que sirven como recipientes de los agentes activos que promoverán la regeneración.  En el momento en que se tenga una fractura, estos recipientes se romperán liberando las sustancias para reparar el material. Los metales, que se vuelven vulnerables por corrosión, pueden sacar ventaja de un recubrimiento de micro-cápsulas de un material inhibidor de la corrosión.

Los materiales inteligentes han estado en la Tierra seguramente desde antes que la humanidad. Considérese el ejemplo del cambio de color en los camaleones en respuesta a la temperatura, hora del día o proximidad de un agente amenazador. Además, la comunidad científica se ha inspirado en procesos naturales de auto-reparación, como la coagulación de la sangre o la reparación de huesos fracturados y, en un intento por incorporar este concepto en la ingeniería de materiales, se ha establecido un extenso campo de investigación para físicos, químicos, biólogos, matemáticos e ingenieros.

Para saber más:

I. Chopra, J. Sirohi (2014). Smart structures theory. Cambridge University Press. Reino Unido.

      A. Martínez Vázquez (ed.) (2011). 100 preguntas y 100 respuestas sobre Materiales. Editorial Terracota. México.

      Revista Materiales Avanzados http://www.iim.unam.mx/revista/