Si bien todavía estamos tratando de comprender las posibilidades y los límites de la impresión tridimensional y la fabricación aditiva, ya aparece un término más en nuestro vocabulario. La impresión 4D no es más que una tecnología de fabricación digital, la impresión 3D, que ahora incluye una nueva dimensión: la temporal. Esto significa que el material impreso, una vez finalizado, podrá modificarse, transformarse o moverse de forma autónoma debido a sus propiedades intrínsecas que responden a los estímulos ambientales.
El concepto fue popularizado por el investigador Skylar Tibbits, director del Laboratorio de Autoensamblaje del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en colaboración con Stratasys y Autodesk. La tecnología todavía es bastante nueva, pero se espera que se utilice en muchos campos, desde la construcción, la infraestructura, la industria automovilística y la aeronáutica e incluso para la atención médica, combinada con la bioimpresión.
La impresión 4D depende directamente de los materiales que compondrán el objeto. Los llamados materiales inteligentes, como muestra la investigadora Anna Ploszajski en esta conferencia, son sólidos que tienen una propiedad –su forma, sus dimensiones o su color– que cambia en respuesta a un estímulo externo, como el calor, la luz, la humedad, la presión o el magnetismo, tan solo debido a sus propiedades materiales internas. Como asegura Anna en este artículo: "El mundo tridimensional actual está hecho de materiales pasivos e inanimados como el ladrillo, el acero y el vidrio. Las estructuras tetradimensionales están hechas de 'materiales inteligentes' (activos y animados), que se mueven de forma autónoma (hinchándose, encogiéndose o doblándose en respuesta a un estímulo) y que pueden ser combinados con materiales pasivos. Esto les permite moverse y cambiar sin necesidad de robótica, electrónica o motores".
Ella cita el ejemplo de la piña como un material inteligente natural. Resumiendo su funcionamiento, dos capas de fibras rígidas que corren en diferentes direcciones posibilitan la apertura o cierre del cono, permitiendo que las semillas solo se liberen cuando el momento es propicio para su germinación en el suelo (caliente y seco). Cuando la humedad es alta, el cono permanece cerrado, protegiendo las semillas. De hecho, comprender y replicar los complejos procesos de adaptabilidad, resiliencia y eficiencia de la naturaleza es algo que motiva a los ingenieros de materiales. También es el motor del biomimetismo, en el que la impresión 4D puede permitir materializar muchas de las ideas que la tecnología aún no ha logrado.
El objetivo principal de la impresión 4D es poder programar el material, haciéndolo reaccionar según los parámetros ambientales. Pero, ¿para qué puede servir todo esto? Skylar Tibbits muestra en esta charla algunos experimentos en curso, en donde los objetos, cuando se calientan o estimulan de alguna manera, se doblan y asumen otro volumen tridimensional. Pero el investigador también menciona otras posibilidades, como la infraestructura. Por ejemplo, una tubería de drenaje que puede contraerse o expandirse según el flujo de agua. O bien, un sistema de alcantarillado que puede transportar los desechos a través de contracciones y relajaciones similares a los movimientos peristálticos del intestino, superando las pendientes del terreno.
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Sus aplicaciones futuras se pueden ver dentro de la construcción y la fabricación o en las industrias de los materiales avanzados, donde las piezas pueden auto transformarse de materias primas a estructuras finales integradas en el lugar sin intervención humana. Esto significa un cambio radical para nuestra comprensión de las estructuras, las cuales, hasta este momento, han permanecido estáticas y rígidas, pero que pronto serán dinámicas, adaptables y ajustables para su desempeño bajo demanda. La impresión 4D mejorada por la tecnología de múltiples materiales probablemente revolucione nuestra capacidad para controlar y programar con precisión los materiales, desde la concepción de la idea hasta la impresión de formas que cambian y se transforman. (Skylar Tibbits | The Self-Assembly Lab, MIT)
También existen investigaciones serias sobre la impresión 4D de materiales poliméricos para la regeneración de tejidos y órganos, o incluso para la reconstrucción ósea. Las posibilidades son muchas y la experimentación puede llegar mucho más lejos. Imagínese todo lo que los materiales inteligentes y la impresión 4D podrían aportar a la construcción de envolventes, adaptándose al clima y respondiendo a los más diversos estímulos. Aunque la tecnología todavía está en pañales y se concentra en unos pocos laboratorios en todo el mundo, se visualiza un futuro prometedor. Cuando buscamos comprender e imitar la naturaleza en lugar de dominarla, los resultados suelen ser impresionantes. Si la historia muestra que no es el más fuerte el que sobrevive, sino el que mejor se adapta al cambio, la impresión 4D con materiales inteligentes parece ser algo que debemos considerar.
Este artículo fue publicado originalmente el 29 de agosto de 2021.
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