Si bien el papel no es exactamente un material inteligente, algún día podría serlo si se cubre con un nuevo tipo de metal líquido. Esta aleación líquida tiene el potencial de convertir el papel y otros materiales en dispositivos que pueden hacer algunas cosas por sí mismos.
El metal líquido ya se usa en objetos inteligentes como circuitos y sensores portátiles, pero no como recubrimiento. Inspirándose en el origami, un equipo de científicos dirigido por Bo Yuan de la Universidad de Tsinghua en China descubrió una forma de formular metal líquido y aplicarlo con un sello para que se adhiera al papel sin adhesivo, algo que nunca antes había sido posible. En un estudio publicado recientemente en Cell Reports Physical Science, Los científicos demostraron que el papel recubierto con el metal se puede fabricar en formas de origami y volver a plegarse. El revestimiento de metal también conduce el calor y la electricidad. Es como magia. Casi.
Una aleación pegajosa
Debido a que las partículas en el metal líquido tienden a permanecer tan juntas, es difícil lograr que se adhiera a cualquier superficie sin algo que actúe como pegamento. Pero estos adhesivos suelen tener un efecto negativo en las propiedades del metal, como su conductividad. Yuan y su equipo querían un metal líquido que pudiera adherirse al papel sin adhesivo. Utilizaron una aleación de bismuto, indio y óxido de estaño (BiInSn) y probaron qué tan bien funcionaba junto a una aleación de indio/galio (eGaIn).
BiInSn resultó ser más eficaz. A diferencia de eGaIn, no se oxida cuando se expone al aire, por lo que lo bien que se adhiere a una superficie no depende de la película de óxido que se forma sobre el metal. BiInSn es un sólido a temperatura ambiente y tiene un punto de fusión más alto, por lo que no hay riesgo de que se licúe a temperaturas inferiores a 62° Celsius (alrededor de 144° Fahrenheit). También es capaz de una adhesión más fuerte. Sin embargo, obtener una adhesión óptima de BiInSn requirió prueba y error.
“Necesitábamos garantizar que la adhesión del metal líquido fuera uniforme a gran escala en diferentes papeles y mantener la estabilidad del recubrimiento”, dijo Yuan a Ars Technica en una entrevista por correo electrónico. “Para resolver estos problemas, cambiamos la presión aplicada sobre el sello, así como la velocidad de frotamiento utilizada en los experimentos, y finalmente encontramos los parámetros más adecuados, que finalmente lograron una adhesión rápida, a gran escala y estable”.
Los investigadores intentaron estamparlo en papel con diferentes cantidades de presión y descubrieron que no se necesita mucho para que permanezca en su lugar. Luego crearon un cubo de origami a partir del papel recubierto de metal, que requería que los bordes se adhirieran entre sí sin ningún otro agente aglutinante. Incluso vieron que cuando se desplegaba ese cuadrado, el papel estucado podía volver a plegarse a su forma original. Debido a que la capa de metal era autoadhesiva, los bordes que se habían desplegado se atrajeron entre sí hasta que el papel volvió a convertirse en un cubo. Otra forma que probaron fue un resorte que podía estirarse o comprimirse y permanecería sin importar cómo se ajustara.
También fue posible que el equipo construyera estructuras 3D a partir de piezas individuales de papel plano revestido de metal. Estas estructuras podrían mantener su forma sin desmoronarse, y el recubrimiento podría despegarse después sin afectar las propiedades de su sustrato de papel de ninguna manera. El revestimiento, que tampoco perdió ninguna de sus propiedades, pudo reciclarse y usarse repetidamente. El papel volvió a ser papel.
Próximos pasos
Yuan cree que la autoadhesión a través del metal líquido es una ventaja porque, si se puede hacer con papel, se podría hacer con otros materiales delgados y livianos para crear objetos inteligentes y robots suaves que puedan caber en espacios reducidos. Lo siguiente que quiere lograr es encontrar un recubrimiento en el que el metal no se desprenda una vez solidificado. Él está considerando probar el aerosol de pintura bio-amigable para proteger el recubrimiento en materiales que eventualmente pueden usarse como empaque (las cajas podrían abrirse y cerrarse solas como el cubo de papel en el experimento), en la piel humana (los vendajes se quitarían sin dolor y sin pegamento). ), bajo el agua, e incluso en condiciones vistas en otros planetas y lunas.
Esta sustancia posiblemente podría ser una ventaja para los robots blandos en entornos alienígenas. Algunos robots blandos ya pueden explorar los confines más profundos del océano, donde la presión es demasiado alta para los humanos y las grietas y hendiduras demasiado pequeñas para máquinas más grandes. Los robots blandos se están diseñando teniendo en cuenta los túneles subterráneos en Marte y otros cuerpos en el espacio. Los robots blandos autónomos que son delgados y flexibles podrían aventurarse en lugares donde los rovers más grandes no pueden caber o navegar de manera segura, y la autoadhesión del recubrimiento de metal líquido les permitiría plegarse y desplegarse por sí mismos.
“Utilizando nuestro método, uno puede crear rápidamente materiales inteligentes con buena conductividad térmica y eléctrica, así como capacidad de ajuste de rigidez, lo que amplía enormemente las opciones de materiales para robots blandos”, dijo Yuan en la entrevista. «Creo que este método puede proporcionar una nueva ruta para diseñar exploradores espaciales».
Cell Reports Physical Science, 2023. DOI: 10.1016/j.xcrp.2023.101419 (Acerca de los DOI).
Elizabeth Rayne es una criatura que escribe. Su trabajo ha aparecido en SYFY WIRE, Space.com, Live Science, Grunge, Den of Geek y Forbidden Futures. Cuando no está escribiendo, cambia de forma, dibuja o se disfraza como un personaje del que nadie ha oído hablar. Síguela en Twitter @quothravenrayne.