Crean metamateriales magnéticos con capacidad de reprogramación estructural

Investigadores de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) y de Harvard, en EEUU, han demostrado experimentalmente que resulta posible reprogramar la forma y el comportamiento estructural de unos materiales artificiales con propiedades electromagnéticas, conocidos como metamateriales, sin necesidad de modificar su composición. Esta tecnología abre las puertas a innovaciones en campos como la biomedicina y la robótica blanda, entre otros.

"Lo innovador de nuestra propuesta es la incorporación de pequeños imanes flexibles integrados en una matriz de romboides rotatorios que permite modificar la rigidez y la capacidad de absorción de energía de la estructura, simplemente cuando se cambia la distribución de estos imanes o al aplicar un campo magnético externo", explica Daniel García-González del Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras de la UC3M.

"Esto confiere unas propiedades singulares que no están presentes en los materiales convencionales o en la naturaleza. Y es que, cuando diseñamos nuevos materiales, solemos centrarnos en la composición química y su microestructura, pero con los metamateriales podemos jugar también con su geometría interna y la disposición espacial", añade el investigador.

Posibles aplicaciones

Según los investigadores este avance supone un paso hacia la creación de estructuras mecánicas reconfigurables, útiles en sectores como la robótica, la protección frente a impactos o la ingeniería aeroespacial.

"Desde estructuras de protección frente a impactos, componentes adaptativos en robótica blanda a sistemas amortiguadores inteligentes en exoesqueletos. En el ámbito deportivo se podrían utilizar para modificar la respuesta mecánica de la suela de una zapatilla mediante las interacciones de los elementos que están incorporados en ella. Por ejemplo, al aportar una mayor flexibilidad o rigidez a determinadas zonas que permitan mejorar la pisada de una persona o de un corredor", señala Josué Aranda Ruiz, del Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras de la UC3M.

"En biomedicina también se abren posibilidades innovadoras. Por ejemplo, podríamos introducir modificaciones de estas estructuras en un vaso sanguíneo obstruido y, mediante la aplicación de un campo magnético externo, expandir la matriz para lograr su desobstrucción", subraya el científico.

Para llevar a cabo el estudio, los investigadores de la UC3M y de Harvard combinaron la identificación y caracterización de distintos materiales, con el análisis de su comportamiento en función de las orientaciones magnéticas. Con este fin, estudiaron cómo la configuración, la magnetización residual y la rigidez de los imanes afectan a las respuestas estáticas y dinámicas del metamaterial.

Finalmente, han demostrado que una cuidadosa reorientación permite ajustar su comportamiento de forma notable y han analizado su integración en estructuras de mayor tamaño para ensayos dinámicos de impacto.

"Al modificar la posición de los imanes para modular la interacción magnética entre ellos podemos conseguir comportamientos completamente distintos en el material", añade Carlos Pérez García, también del Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras de la UC3M.

Referencia:

C. Perez-Garcia, R. Zaera, J. Aranda-Ruiz, G. Bordiga, G. Risso, M. L. Lopez-Donaire, K. Bertoldi, D. Garcia-Gonzalez . "Reprogrammable Mechanical Metamaterials via Passive and Active Magnetic Interactions". Advanced Materials(2025)

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