Hasiera »   Erreportajeak »   Materialak adimendunak ote?

Os materiais son intelixentes?

• Zabaldu:
• Twitter
• Facebook
• Emaila

Os materiais que nos rodean din que son sorpresas, inanimadas, polo que non responden a estímulos. Non é certo, pero cegan dos novos materiais que trouxo o avance da tecnoloxía. De feito, a madeira de sempre, a pedra ou mesmo os metais convencionais poden parecer pouco comparados co vidro que reflicte a calor a partir de certa temperatura e permite o paso da luz.

Os materiais intelixentes –smart ou intelligent en inglés– coñécense tamén como materiais activos ou multifuncionais. Estes materiais son capaces de responder a estímulos físicos e químicos procedentes do medio. Pero non de calquera xeito. A resposta debe ser reversible e controlada. A madeira, por exemplo, ínflase si móllase, pero cando se seca non se volve á superficie. Segundo esta clasificación, a madeira non sería un material intelixente, aínda que responda a un estímulo externo.

Os materiais intelixentes son útiles paira o desenvolvemento de novos sensores e actuadores, capaces de dar una resposta á quinada ‘sentida’ e enviar información dun lado a outro da estrutura, e estes sensores, á súa vez, serven paira desenvolver novas estruturas, edificios, pontes, etc., analizando en todo momento as súas características. Xa están en uso.

Varios tipos

Os materiais intelixentes poden ser orgánicos ou inorgánicos, metálicos, cerámicos ou poliméricos. En consecuencia, o uso tamén pode ser ilimitado. Con todo, entre todos os materiais intelixentes, os polímeros son os máis utilizados actualmente. De feito, ademais de ser lixeiros, duros e baratos, poden sintetizarse e transformarse con relativa facilidade, dirixíndose con facilidade ás aplicacións desexadas.

Algúns materiais intelixentes teñen a capacidade de ‘lembrar’ a súa forma. Denomínanse con memoria de forma. Baixo un campo eléctrico ou por efecto da temperatura se deforman e ao anular o estímulo físico volven á situación anterior. Os máis coñecidos son os SMA (Shape Memory Alloys ou aliaxes con memoria de forma), pero nos últimos anos tamén están a investigar os SMP (Shape Memory Polymers, polímeros con memoria de forma). Os SMP xa foron comercializados en Estados Unidos e Xapón, pero non en Europa.

Outros, con estímulos similares, modifican as súas propiedades físicas. Por exemplo, os electroactivos e os magnetoactivos varían segundo o campo eléctrico ou magnético circundante. Varios, piezoeléctricos, son capaces de transformar a enerxía eléctrica da zona en enerxía mecánica e viceversa.

Os sólidos e fluídos electroreológicos son tamén sensibles aos campos eléctricos e magnéticos. Son dispersións formadas por partículas duns 5-10 micrómetros. En ausencia de zonas, as dispersións son totalmente fluídos, pero baixo a zona as partículas alíñanse e o líquido adquire as propiedades dos sólidos.

Posteriormente, una vez desaparecida a zona, as partículas afróuxanse’ e o fluído recupera as súas características intrínsecas, neste caso a fluidez.

Existen no mercado, por exemplo, coches con amortiguadores intelixentes fabricados con fluídos magnetoreológicos. E grazas a eles, non é necesario buscar puntos de equilibrio entre conducir con comodidade e seguridade. De feito, hoxe en día os amortiguadores máis seguros son tamén os máis duros. En consecuencia, os fabricantes de automóbiles compórtanse coa seguridade mínima legalmente establecida paira aumentar o confort dos vehículos.

Con todo, cos fluídos magnetoreológicos esta necesidade de equilibrio desaparece e pódense construír coches de gran seguridade e confort. En xeral, a automoción é un ámbito moi apropiado paira os materiais intelixentes, xa que a electrónica e os sensores foron gañando forza.

Os polímeros condutores son tamén importantes materiais electroactivos. Até hai pouco una das principais características dos polímeros era o seu carácter illante, pero non fai moito se atopou a posibilidade de que varios polímeros puidesen ser condutores. O poliacetileno, o polipirrol e a polianilina son os máis coñecidos e estudados. E é posible que no futuro moitos cables metálicos poidan ser substituídos por polímeros condutores.

Polo momento, pódense atopar de forma dispersa nos teléfonos móbiles e nas pantallas planas de cor das novas televisións. Fabricados en materiais electroluminiscentes, presentan as seguintes vantaxes: son lixeiros, non se quentan e son potentes emisores de luz.

En calquera caso, trátase dun potente campo de investigación no que os investigadores descubriron a conductividad dos polímeros, premio Nobel recibido en 2000.

Tamén hai condutores que non son condutores pero que responden a raios de luz. Estes materiais considéranse fotoactivos e poden sufrir variacións de varios tipos. Destacan os materiais fosforescentes e fluorescentes.

Ambos son capaces de emitir raios de luz. Os materiais fosforescentes emiten de novo a luz/enerxía recibida axiña que como reciben os raios e o emisor é apagado (moitas agullas dos reloxos, por exemplo, reciben luz de día e ilumínanse de noite). Os fluorescentes son brancos na luz normal do día, pero si reciben luz ultravioleta emiten simultaneamente luz fluorescente potente. Os materiais electroluminiscentes tamén se converten en potentes emisores de luz tras recibir una corrente eléctrica.

Finalmente atópanse os chamados cromoactivos. Son capaces de cambiar de cor se soportan una corrente eléctrica –eletrocrómica-, una radiación ultravioleta –fotocrómica- ou un cambio de temperatura –os termocrómicos–. Loxicamente, una vez esgotada a enerxía recibida, o material recuperaría novamente a súa cor orixinal.

Por exemplo, os materiais que cambian de cor coa temperatura serían de gran axuda na vida diaria, especialmente desde o punto de vista da seguridade. A elaboración de tixolas, cafeteras ou vasos con materiais termocrómicos permitiría detectar facilmente a súa temperatura e reducir considerablemente tanto as queimaduras como os accidentes. En canto aos nenos, tanto por biberón como por baño, poden ser moi interesantes.

No ámbito dos envases e embalaxes tamén se utilizan etiquetas intelixentes paira mellorar a calidade dos produtos. Estas etiquetas garanten a calidade do produto e proporcionan información detallada dos procesos de produción e distribución.

Por outra banda, a temperatura de moitos produtos pode determinarse tamén en función da cor da etiqueta. En Inglaterra, por exemplo, a etiqueta da cervexa Newscastle ten una estrela azul. A etiqueta escurécese ou aclara en función da temperatura, o que permite ao cliente saber se a cervexa está suficientemente fría antes de tomar a botella.

Evidentemente, os materiais intelixentes xa se utilizaron en aplicacións de gran éxito. Desenvolvéronse novos sistemas e produtos, pero sobre todo conseguiuse reducir o peso e a complexidade dos dispositivos xa utilizados. E é que hai que ter en conta que cos materiais intelixentes non se quere facer totalmente novos produtos, senón que se trata de facer máis bonitos, baratos, fiables e, en definitiva, máis cómodos moitos dos produtos que hai no mercado.

Paira iso, o traballo dos grupos de investigación universitarios e dos centros tecnolóxicos será determinante nos próximos anos. A investigación básica dos equipos universitarios axudaranos a comprender mellor estes materiais. Os centros tecnolóxicos, pola súa banda, deberán traballar nas aplicacións destes materiais paira ofrecer novos e mellores produtos á sociedade.

Desta maneira, pasaremos da era dos materiais ‘pasivos’ á dos materiais ‘activos’, materiais que saben ‘responder’ e quen sabe o que virá no futuro. Nas xornadas sobre materiais intelixentes organizadas por GAIKER, o profesor Jan Van Humbeeck anunciou que, ademais de materiais intelixentes ou luminosos, quizá tamén coñeceremos aos ‘sabios’.

Materiais intelixentes na CAPV No centro tecnolóxico GAIKER traballamos con polímeros, plásticos e composites. Por unha banda, están a mesturarse os polímeros condutores co polipropileno (PP) e o poliestireno (PS) de uso común en automoción. Os polímeros condutores que actualmente se poden atopar no mercado presentan unhas características mecánicas relativamente escasas, co obxectivo de xerar plásticos con mellores prestacións. Ademais, están a estudarse materiais magnetoreológicos e electroreológicos. Estamos a desenvolver suspensións con partículas e aceites diferentes, co obxectivo de obter suspensións como as existentes no mercado. Paira iso, ademais da viscosidad dos fluídos a empregar, é necesario controlar a cantidade, o peso e as forzas entre as partículas. Ademais, formamos parte dun proxecto sobre sólidos magnetoreológicos financiados pola Unión Europea. Traballamos con elastómeros, un tipo de polímero. Incorporamos micropartículas de ferro aos elastómeros e, posteriormente, ao establecer un campo magnético, medimos a resistencia mecánica que estes materiais xeran. O obxectivo é conseguir un potente amortiguador paira os coches e polo momento os resultados son esperanzadores. Ademais, xunto co Laboratorio de Química Macromolecular de Leioa, traballamos con polímeros piezoelétricos e con memorias de forma, sintetizándoos e investigando a súa transformación. A miúdo, con todo, os novos polímeros poden ser sintetizados inicialmente en cantidades moi pequenas e, desgraciadamente, tardan moito en comercializarse. Doutra banda, é necesario atopar empresas interesadas nestas novas aplicacións e tecnoloxías. De feito, aínda que estas tecnoloxías achegan valor engadido aos produtos, moitas veces as pequenas empresas non queren entrar neste tipo de cuestións. Na Comunidade Autónoma do País Vasco, os equipos que traballamos con materiais intelixentes constituímos o consorcio ACTIMAT: MTC, CIDETEC, ROBOTIKER, INASMET, IKERLAN e os centros tecnolóxicos GAIKER; Mondragon Unibertsitatea; e o Laboratorio de Química Macromolecular da UPV, o Grupo de Magnetismo e Materiais Magnéticos e o Grupo de Metalurgia Física (ambos de Leioa). O grupo está liderado polo centro tecnolóxico GAIKER desde o ano 2000 e está subvencionado polo Departamento de Industria, Comercio e Turismo do Goberno Vasco a través do programa ETORTEK.

Estruturas intelixentes Os materiais intelixentes tamén se utilizan paira o deseño e construción de estruturas intelixentes. Nestes sistemas utilízase a fibra óptica paira trasladar información dun lado a outro. As fibras ópticas son materiais de alta sensibilidade que ademais poden ser utilizados como sensores. Son capaces de detectar cambios de temperatura, forzas diferentes, deformacións, cambios de tensión, etc. e de transportar información. As estruturas intelixentes son sistemas complexos con sensores e actuadores. Son capaces de explicar o estado do propio sistema (temperatura, deformación, corrosión...) e de modificar algúns parámetros do propio material (cor, forma, dureza...). En consecuencia, son capaces de responder perfectamente á misión paira a que foron deseñados.