Un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha creado los bifur-circuits, unos bloques tridimensionales reconfigurables capaces de mantener la conexión eléctrica mientras modifican su forma. Este avance podría aplicarse en el desarrollo de pinzas robóticas adaptables y dispositivos de asistencia que reconozcan su propia configuración sin necesidad de cables externos, según informó el portal de noticias del instituto.
Las pruebas de resistencia demostraron que estas estructuras soportaron más de 10.000 compresiones sin que la conectividad eléctrica se viera afectada. Este dato resalta una característica fundamental del sistema: no se trata simplemente de piezas móviles, sino de componentes que transmiten electricidad mientras se doblan, giran o comprimen.
Los científicos presentaron varios objetos interactivos fabricados con esta tecnología. Entre ellos destacó una silla que puede convertirse en mesa con espacio de almacenamiento o aplanarse para guardarla, y que además detecta en qué configuración se encuentra para enviar el mensaje correspondiente a una pantalla electrónica.
Más formas sin perder funcionalidad eléctrica
El estudio describe estos componentes como una clase de metamaterial mecánico: estructuras tridimensionales programables formadas por unidades repetidas que adquieren formas complejas gracias a su geometría. Al ser empujadas, estiradas o comprimidas, pueden doblarse o torcerse de manera precisa.
Los bifur-circuits se basan en metamateriales auxéticos, que se ensanchan al ser estirados en lugar de angostarse. En investigaciones previas, el mismo equipo había utilizado este tipo de estructuras para construir antenas reconfigurables que adoptaban tres formas distintas según el estiramiento, permitiendo ajustar dinámicamente su rango de frecuencia sin mecanismos móviles complejos.
La limitación de aquella línea de trabajo era la cantidad de estados posibles. El nuevo sistema supera esa barrera porque las unidades modulares pueden conectarse y rotarse de diferentes maneras, lo que multiplica las configuraciones disponibles.
La autora principal del estudio, Marwa AlAlawi, estudiante de posgrado en ingeniería mecánica, declaró: “Nuestro trabajo amplía ese espacio de diseño”. Y explicó: “Si pensamos en los metamateriales mecánicos como bloques de construcción, nuestro trabajo es una forma de aprovechar su geometría para incorporar inteligencia intrínseca al hardware, lo que podría abrir muchas posibilidades”.
La bifurcación mecánica genera múltiples estados estables
El sistema aprovecha una propiedad conocida como bifurcación mecánica, un cambio repentino en el comportamiento de un mecanismo cuando la fuerza aplicada supera un punto crítico, similar a lo que ocurre cuando una regla de plástico se pandea tras doblarse hasta cierto umbral.
En los bifur-circuits, esta bifurcación se presenta cuando los bloques conectados giran de determinadas maneras alrededor de un punto de pivote. Este comportamiento permite que varias unidades unidas formen más configuraciones estables que una sola pieza por separado. AlAlawi precisó: “La bifurcación nos permite ampliar de forma considerable este espacio de reconfiguración. Con solo agregar una unidad extra obtenemos muchísimas más combinaciones a partir de la misma estructura”.
La capacidad interactiva surge porque la conexión y rotación de los componentes activa un circuito específico entre unidades adyacentes. Esa comunicación entre bloques es la que permite que la estructura detecte qué forma adoptó.
Herramienta para diseñar y simular objetos
Uno de los principales desafíos del desarrollo fue encontrar un material que fuera lo suficientemente flexible para doblarse y, al mismo tiempo, mantuviera una conducción eléctrica eficiente. “El material conductor fue una restricción con la que tuvimos que trabajar durante el proceso de diseño, y determinó cómo iba a ocurrir la detección entre bloques”, señaló AlAlawi.
Una vez resuelto ese punto, los investigadores crearon una herramienta de construcción y simulación para simplificar el diseño de los bifur-circuits. El software genera instrucciones para una impresora 3D multimaterial, capaz de fabricar los objetos reconfigurables en una sola pasada.
El estudio también incluyó un controlador capaz de cambiar de forma y abrir uno de varios videojuegos según su configuración. El equipo sostiene que la misma lógica podría aplicarse en herramientas interactivas de rehabilitación, pinzas cambiantes para robots blandos modulares, refugios reconfigurables para responder a condiciones ambientales variables tras un desastre natural y antenas para comunicaciones y detección que ajusten su frecuencia sin piezas mecánicas voluminosas.
Para la próxima etapa, los investigadores planean ampliar las aplicaciones del sistema, incorporar más interactividad y explorar otras geometrías de metamateriales. Cabe destacar que el estudio también contó con la participación de investigadores de la University of Tokyo y la University of Michigan.
Fuente: Infobae