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Los investigadores imprimen en 3D objetos inteligentes sin cerebro con 'lógica incorporada'

Los investigadores imprimen en 3D objetos inteligentes sin cerebro con 'lógica incorporada'


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En lo que puede parecer más magia que ingeniería, los investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Pensilvania han producido objetos sin cerebro o sistema nervioso que son capaces de tomar decisiones sofisticadas, una característica que llaman "lógica incorporada". Lo mejor de todo es que los objetos están impresos en 3D.

Inspirado en el atrapamoscas de Venus

Los ingenieros se inspiraron en la habilidad de la Venus atrapamoscas sin cerebro para capturar presas potenciales o rechazar lo que no puede comer.

Luego, jugando con "materiales sensibles a los estímulos y principios geométricos", el equipo de investigadores diseñó estructuras capaces de decidir las respuestas apropiadas a las señales ambientales utilizando "la composición física y química solamente".

Para lograr esto, los ingenieros utilizaron estructuras biestables debido al hecho de que pueden mantener una de dos configuraciones indefinidamente.

"La biestabilidad está determinada por la geometría, mientras que la capacidad de respuesta proviene de las propiedades químicas del material", dijo Jordan Raney, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecánica Aplicada de Penn Engineering.

"Nuestro enfoque utiliza la impresión 3D de múltiples materiales para cruzar estos campos separados de modo que podamos aprovechar la capacidad de respuesta del material para cambiar los parámetros geométricos de nuestras estructuras de la manera correcta".

Lo que esto significa es que los objetos impresos en 3D del equipo pueden adoptar varias configuraciones en respuesta al fenómeno ambiental predeterminado.

Sin cerebro, sistema nervioso, motores o baterías, los objetos responden a cambios en los estímulos ambientales como la humedad.

Jugando con varios factores

"Este comportamiento biestable depende casi por completo del ángulo de las vigas y la relación entre su ancho y largo", explicó Raney.

"Al comprimir la celosía se almacena energía elástica en el material. Si pudiéramos utilizar de manera controlable el entorno para alterar la geometría de las vigas, la estructura dejaría de ser biestable y necesariamente liberaría su energía de deformación almacenada. Tendría un actuador que no lo hace". No se necesitan dispositivos electrónicos para determinar si debe ocurrir la activación y cuándo ".

El equipo también jugó con la "relación longitud / ancho inicial de las vigas". Aquí es donde la técnica de impresión 3D fue clave porque permitió la incorporación de diferentes materiales en la misma impresión, dando a los objetos resultantes múltiples respuestas de cambio de forma, incluidas las secuenciales.

"Por ejemplo", dijo Yijie Jiang, un investigador postdoctoral en el laboratorio de Raney, "demostramos la lógica secuencial diseñando una caja que, después de la exposición a un solvente adecuado, puede abrirse de forma autónoma y luego cerrarse después de un tiempo predefinido. También diseñamos un Venus atrapamoscas artificial que puede cerrarse solo si se aplica una carga mecánica dentro de un intervalo de tiempo designado y una caja que solo se abre si hay aceite y agua presentes ".

El trabajo tiene aplicaciones potenciales en microfluidos o incluso en el suministro de sensores en entornos hostiles aislados, quizás incluso en otros planetas.

Debido a que los materiales no requieren baterías ni ningún apoyo o intervención humana, estos sensores pueden permanecer inactivos durante años y solo se activan mediante las señales ambientales adecuadas.

No nos sorprendería que pronto se lograra una colaboración con la NASA. Mientras tanto, el estudio de acceso abierto que describe el trabajo se publica en la revistaComunicaciones de la naturaleza.


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