Investigadores de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Tufts han desarrollado compuestos elastoméricos magnéticos que se mueven de diferentes formas cuando son expuestos a la luz. Este descubrimiento abre las puertas a utilizar este tipo de materiales en una amplia gama de aplicaciones donde puedan realizar movimientos simples o complejos, desde pequeños motores y válvulas, hasta paneles solares que se orientan hacia la luz del sol.

En biología, hay muchos ejemplos en los que la luz induce movimiento o cambio: por ejemplo las flores y plantas que se mueven hacia la luz del sol. Los materiales accionados por luz creados en este estudio se basan en el principio de la temperatura de Curie, la temperatura por encima de la cual ciertos materiales cambian sus propiedades magnéticas. Al calentar y enfriar un material magnético, uno puede activar o apagar su magnetismo. Los biopolímeros y elastómeros dopados con CrO2 ferromagnético se calientan cuando son expuestos a una luz láser o solar, y pierden temporalmente sus propiedades magnéticas hasta que se enfrían nuevamente. Los movimientos básicos del material, conformados en capas, esponjas o hidrogeles, pueden ser inducidos electroimanes cercanos generando flexión, torsión y expansión.

«Podríamos combinar estos movimientos simples con movimientos más complejos, como gatear, caminar o nadar», dijo Fiorenzo Omenetto, Ph.D., autor correspondiente del estudio y Frank C. Doble Profesor de Ingeniería en Tufts. «Y estos movimientos pueden activarse y controlarse de forma inalámbrica, usando luz».

El equipo de Omenetto demostró algunos de estos movimientos complejos mediante la construcción de unas pinzas que capturan y liberan objetos en respuesta a la luz. “Una de las ventajas de estos materiales es que podemos activar selectivamente porciones de una estructura y controlarlas usando luz localizada o enfocada”, comentó Meng Li, autor también del estudio. “A diferencia de otros materiales accionados por luz basados en cristales líquidos, estos materiales pueden ser diseñados para moverse en varias direcciones dependiendo de la dirección de la luz. Todas estas características se suman a la capacidad de hacer objetos de diferentes tamaños con movimientos complejos y coordinados”.

Para demostrar esta versatilidad, los investigadores construyeron un simple “Motor Curie”. Una capa accionada por luz se conformó en un anillo. Colocado cerca de un imán permanente, cuando un láser enfoca en un punto fijo del anillo, localmente desmagnetiza esa porción del anillo, creando una fuerza neta no equilibrada que hace que el anillo gire. A medida que gira, el punto desmagnetizado recupera su magnetización, por lo que se ilumina un nuevo punto para que el motor gire continuamente.

Los materiales utilizados para crear los materiales accionados por luz incluyen polidimetilsoloxano (PDMS), que es un elastómero transparente ampliamente utilizado  conformado normalmente en películas flexibles, y fibroína de seda, que es un material versátil biocompatible con excelentes propiedades ópticas que se puede formar en una amplia gama de formas, desde películas hasta geles, hilos, bloques y esponjas.

«Con materiales adicionales, patrones de luz y control de campo magnético, teóricamente podríamos lograr movimientos aún más complicados y precisos, como plegados y desplegados, cambio de válvulas de microfluidos, motores de tamaño micro y nano y más», dijo Omenetto.

Créditos Imágenes: SilkLab, Tufts University