Impresión 4D: Una nueva dimensión para la construcción, moda o la medicina

La impresión 4D tiene un futuro muy prometedor, aunque todavía con limitaciones, por ejemplo las relacionadas con la resistencia de los materiales al tiempo, o si son capaces de continuar cumpliendo sus funciones a lo largo de los años.

evolucionar con el tiempo. ¿Cómo es esto posible?

Un artículo de José Luis Ocaña Pujol, especialista en Ingeniería y Tecnología Espacial los explica en el portal web https://www.masscience.com/.

¿Qué es y cómo funciona la impresión 4D?

La Impresión 4D nace en 2013. Es entonces cuando el término comienza a introducirse en el laboratorio de autoensamblaje MIT, Stratasys (fabricante de impresoras 3d) y Autodesk (softwares 3d).

Skylar Tibbits, el diseñador informático estadounidense, fundador de MIT acuñó el término por primera vez en una charla TED de 2013. Fue pionero en afirmar que podía darse una cuarta dimensión a la impresión 3D, además de otorgar nuevas propiedades a un material 3D capaz de evolucionar con el tiempo por sí solo, sin intervención humana. En su discurso explicaba cómo se podía imprimir un objeto que podría cambiar sus propiedades al exponerse a factores externos como la vibración, la humedad, la luz o el calor.

Para qué sirve esta tecnología.

Aún se están explorando las posibles aplicaciones de la Impresión 4D, por lo que describimos a continuación funciones que se proveen podrían realizar estos objetos en diversos campos como la medicina, la construcción o la moda.

Si imaginamos un objeto que puede adquirir cualquier forma, esta tecnología puede ser crucial en el sector de la construcción para levantar estructuras ajustadas a los factores del clima. Una de las ideas con las que Skylar exponía las utilidades de la impresión 4D era hacer tuberías inteligentes que cambiaran de forma según el volumen del agua, o ante cualquier fenómeno del subsuelo. Esto evitaría tener que desenterrarlas y sustituirlas, un proceso de alto coste y dilatado en el tiempo.

La medicina es uno de los sectores más interesados en la impresión 4D, ya que permite crear dispositivos inteligentes, a medida, y en transformación. Por ejemplo en fabricación de estructuras celulares e implantes. Esta tecnología permite a las células adaptarse al cuerpo humano según la temperatura. Por lo que una de sus principales aplicaciones están en la ingeniería de tejidos, y la medicina regenerativa, por ejemplo puede reproducirse un vaso sanguíneo muy parecido al de una organismo vivo. Además, podemos hablar de medicamentos impresos en 4D, ya que podría liberar la sustancia en el cuerpo atendiendo por ejemplo a su temperatura, si se produce fiebre

El sector del transporte, en el campo de la automoción y la aviación. En el primer caso, recientemente BMW junto al MIT presentaron un material inflable, que cambia de tamaño y forma por pulsaciones de aire. Permitiría diseñar neumáticos capaces de repararse solos o adaptarse a un clima extremo. Respecto a los aviones, un material impreso en 4D es susceptible de reaccionar a la presión atmosférica y cambios de temperatura, por lo que podría cambiar también su función. Desde Airbus aseguran que estos materiales podrían sustituir bisagras, activadores hidráulicos, o simplificar dispositivos.

En general esta tecnología permite un alto grado de personalización, ya que pueden programarse las piezas según necesidades específicas. Por ejemplo, ropa que se adapte la forma de nuestro cuerpo, o muebles que se pliegan o despliegan para ajustarse al espacio.

Materiales inteligentes: la clave de la impresión 4D

La impresión 4D se basa en la utilización de materiales inteligentes que tienen la capacidad de responder a estímulos externos, como la temperatura, la electricidad o la humedad. Al ser expuestos a estos estímulos, los materiales inteligentes experimentan cambios en su forma. Dos ejemplos destacados de materiales inteligentes utilizados en la impresión 4D son las aleaciones de memoria de forma y los hidrogeles.

Las aleaciones de memoria de forma (shape memory alloys) son combinaciones de metales que poseen una habilidad extraordinaria: pueden ser estiradas y deformadas de manera significativa, pero luego recuperan su forma original cuando son calentadas. Es como si tuvieran una memoria interna que les permite «recordar» su forma predefinida y regresar a ella, permitiéndoles «autocorregirse» y restaurar su forma original después de ser deformados. Por otro lado, los hidrogeles son materiales orgánicos capaces de absorber y retener grandes cantidades de agua. Esto les confiere una propiedad única: pueden hincharse o deshincharse en respuesta a las condiciones de su entorno.

Este material se reconfigura solo con el tiempo. Imagen de un material 4D de Skylar Tibbits.

Prótesis que crecen y materiales que se arreglan solos

Todos podríamos beneficiarnos de la impresión 4D, ya que tiene numerosas aplicaciones en la medicina. Gracias a esta tecnología, podemos fabricar prótesis y dispositivos médicos que se evolucionan junto con el cuerpo humano. Por ejemplo, hay implantes que se adaptan a los cambios en los tejidos y prótesis que crecen con los niños. La comunidad científica también está explorando los  «robots blandos«, robots hechos de materiales deformables. Ademas de romper con la imagen que tenemos de los robots, este tipo de robótica es más segura cuando ha de interaccionar con seres vivos y mas adecuada para integrarla en el cuerpo humano. Estas innovaciones abren nuevas posibilidades para mejorar la calidad de vida de las personas y la eficacia de los tratamientos médicos.

En el campo de la ingeniería, la impresión 4D también encuentra aplicaciones destacadas. En la construcción, puesto que los materiales impresos en 4D se adaptan a cambios ambientales, es posible crear estructuras que se ajusten a condiciones climáticas o geológicas variables. Esto permite la construcción en lugares y condiciones inaccesibles para los humanos, como el espacio o entornos con condiciones meteorológicas extremas. En otras industrias, la impresión 4D se usa para fabricar componentes que se autoreparan, mejorando la seguridad y durabilidad de los productos.

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