Un grupo de investigadores de la Escuela de Ingeniería Molecular Pritzker (PME) de la Universidad de Chicago ha logrado diseñar un material digital extremadamente delgado y flexible que puede envolverse alrededor de la muñeca, doblarse en cualquier dirección o curvarse sobre el volante de un automóvil.

Esta innovadora creación, descrita en el artículo publicado en la revista Nature Materials, tiene la capacidad de doblarse por la mitad o estirarse a más del doble de su longitud original sin perder su capacidad para emitir patrones fluorescentes, abriendo la puerta a una nueva generación de pantallas verdaderamente flexibles. 

El profesor asistente de ingeniería molecular, Sihong Wang, quien lideró la investigación junto con el profesor Juan de Pablo, explicó la importancia de este avance: «Uno de los componentes más importantes de casi todos los dispositivos electrónicos de consumo que utilizamos hoy en día es la pantalla, y hemos combinado conocimientos de muchos campos diferentes para crear una tecnología de visualización completamente nueva». Por su parte, el profesor de Pablo agregó: «Este es el tipo de material que necesitamos para finalmente poder desarrollar pantallas verdaderamente flexibles. Este trabajo es realmente fundamental y espero que permita muchas tecnologías que aún ni siquiera hemos imaginado».

Las pantallas de la mayoría de los teléfonos inteligentes de gama alta, así como un número creciente de televisores, utilizan la tecnología OLED (diodo emisor de luz orgánico), que coloca pequeñas moléculas orgánicas entre los conductores. Cuando se enciende una corriente eléctrica, las moléculas pequeñas emiten una luz brillante. La tecnología es más eficiente energéticamente que las pantallas LED y LCD más antiguas y es elogiada por sus imágenes nítidas. Sin embargo, los bloques de construcción moleculares de las OLED tienen enlaces químicos estrechos y estructuras rígidas.

«Los materiales que se utilizan actualmente en estas pantallas OLED de última generación son muy frágiles y carecen de elasticidad», explicó Wang. «Nuestro objetivo era crear algo que mantuviera la electroluminiscencia de los OLED pero con polímeros elásticos». 

Conscientes de que los polímeros largos con cadenas moleculares flexibles son clave para conferirle elasticidad a los materiales, Wang y de Pablo se propusieron crear nuevos polímeros que integraran ambas propiedades.

«Logramos desarrollar modelos atómicos de los nuevos polímeros de interés y, con estos modelos, simulamos lo que ocurre con estas moléculas cuando las estiras y tratas de doblarlas», explica de Pablo. «Ahora que entendemos estas propiedades a nivel molecular, tenemos un marco de trabajo para diseñar nuevos materiales en los que la flexibilidad y la luminiscencia estén optimizadas».

Utilizando las predicciones computacionales para nuevos polímeros electroluminiscentes flexibles, los investigadores construyeron varios prototipos. Los materiales resultantes eran flexibles, estirables, brillantes, duraderos y eficientes en términos de energía, tal como lo predijo el modelo. Una característica clave de su diseño fue el uso de «fluorescencia retardada activada térmicamente», que permite a los materiales convertir la energía eléctrica en luz de manera altamente eficiente. Este mecanismo de tercera generación para emisores orgánicos puede proporcionar materiales con un rendimiento equiparable al de las tecnologías OLED comerciales.

El profesor Wang, quien previamente desarrolló chips computacionales neuromórficos estirables capaces de recopilar y analizar datos de salud en un tipo de parche flexible, destacó que la capacidad de crear pantallas flexibles complementa su conjunto de herramientas para la electrónica vestible de próxima generación. El material flexible que emite luz no solo puede utilizarse para mostrar información, sino que también puede integrarse en sensores vestibles que requieren luz. Por ejemplo, los sensores que miden la oxigenación de la sangre y el ritmo cardíaco suelen proyectar luz a través de los vasos sanguíneos para detectar el flujo sanguíneo.

Wang también mencionó que un material flexible que emite luz podría eventualmente integrarse en dispositivos implantables, como aquellos que utilizan la luz para controlar la actividad de las neuronas en el cerebro. Actualmente, esta técnica, conocida como optogenética, solo se utiliza en experimentos con animales para comprender mejor el cerebro y las enfermedades cerebrales.

«Mi sueño en general es fabricar todos los componentes esenciales para un sistema completo de electrónica vestible, desde la detección hasta el procesamiento y la visualización de información», explicó Wang. «Contar con este material flexible que emite luz es otro paso hacia ese sueño».

El equipo de investigación planea desarrollar nuevas iteraciones de la pantalla en el futuro, integrando colores adicionales en la fluorescencia y mejorando su eficiencia y rendimiento. El objetivo es alcanzar el mismo nivel de rendimiento que tienen las tecnologías comerciales existentes, según señaló Wang.

Créditos de imagen: Wang Group