La industria 4.0 puede quedarse anticuada ante la revolución que supondrá la producción en serie con materiales inteligentes, con atributos más allá de las propiedades estructurales típicas de resistencia y rigidez, con capacidad responder a estímulos externos de forma reversible y controlada. Un futuro no lejano que requiere el desarrollo de herramientas computacionales para simular y diseñar los nuevos dispositivos que posibilitarán estos materiales activos y mutifuncionales, objetivo del proyecto Diseño y Control Óptimo de la nueva generación de materiales activos (Dicopma) que impulsa la Universidad Politécica de Cartagea (UPCT) a través del grupo de investigación en Mecánica Computacional y Computación Científica (MC3).

El proyecto Dicopma, cuyo responsable es el profesor Jesús Martínez Frutos, del Departamento de Estructuras, Construcción y Expresión Gráfica, está financiado por la Fundación Séneca (código 20911/PI/18), que eligió esta iniciativa y a otras quince de la UPCT a través de una convocatoria de ayudas a proyectos de investigación científica y técnica.

«La posibilidad de desarrollar dispositivos inteligentes basados en materiales estimulados eléctrica o magnéticamente sienta las bases de futuras ventajas competitivas en un amplio rango de empresas y sectores debido, principalmente, al carácter horizontal de sus aplicaciones», explica Martínez Frutos. «Constituye un reto de gran calado en el campo de la Mecánica de Medios Continuos Computacional al combinar técnicas de optimización (control y diseño), métodos de propagación de incertidumbre y materiales con un comportamiento electro-magneto-mecánico no lineal», añade.

Sensores, actuadores o músculos artificiales de aplicación en robótica o para la creación de prótesis inteligentes son algunas de las aplicaciones de los nuevos materiales, que se caracterizan por variar sus propiedades ante estímulos físicos o químicos externos, tal y como lo hacen los sistemas biológicos.  «Un aspecto destacable de estos materiales es que son la base de la impresión 4D, la cual es una evolución más de lo que se conoce actualmente como impresión 3D a la que se añade como cuarta dimensión la transformación del material en el tiempo una vez finaliza el proceso de impresión», añade el investigador

En algunos medios ya hay quien los califica de una especie de objetos con vida propia. 

Esta nueva técnica permite que objetos creados con impresión 3D puedan autoensamblarse y transformarse a partir de un estímulo externo como calor, humedad o presión, explica  Martínez Frutos. «De esta forma, sería posible fabricar desde un ala de un avión que se transforma según las condiciones aerodinámicas para disminuir la resistencia del aire, hasta un “stent” coronario que se autoensamble activado por la temperatura. Esta nueva técnica de impresión supone un nuevo paradigma que altera completamente la forma en la producimos materiales actualmente», agrega.

Para atravesar con éxito estos inexplorados campos de ciencia aplicada, los ingenieros requieren de laboratorios virtuales, como los que está desarrollando el proyecto Dicopma, para la simulación, optimización y control automatizada de los dispositivos que utilicen materiales como los polímeros piezoeléctricos o los elastómeros dieléctricos y magnetoreológicos.

En el proyecto participa un equipo multidisciplinar e internacional, encabezado por la UPCT pero que también incluye a investigadores de la Universidad de Castilla-La Mancha, del Centro de Matemática Aplicada de L’Ecole Polytechnique de París y del centro Zienkiewitz de la Universidad de Swansea, UK.

En la imagen, de izquierda a derecha: David Herrero Pérez, Rogelio Ortigosa Martínez, Jesús Martínez Frutos  Francisco Períago Esparza, del grupo de investigación en Mecánica Computacional y Computación Científica (MC3).