Así es la nueva técnica de impresión 3D de Harvard para crear músculos artificiales programables

Un equipo de investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard y del Instituto Wyss ha desarrollado una innovadora técnica de impresión 3D para fabricar músculos artificiales programables. Inspirados en estructuras espirales presentes en la naturaleza, como las vides y las trompas de elefante, los científicos lograron que materiales sintéticos blandos ejecuten movimientos complejos —incluyendo doblarse, retorcerse y contraerse— en respuesta a estímulos de temperatura.

Impresión 3D rotacional multimaterial: una aproximación biomimética

A diferencia de la impresión 3D convencional, que sigue un proceso lineal, el equipo liderado por el laboratorio Lewis implementó una técnica denominada impresión 3D rotacional multimaterial. Mediante una boquilla giratoria, esta tecnología permite extruir y combinar dos materiales diferentes: uno activo y otro pasivo. El material activo es un elastómero de cristal líquido (LCE), capaz de contraerse físicamente cuando se calienta, mientras que el material pasivo, un elastómero blando, permanece inerte.

La clave del avance radica en la estructura interna helicoidal que se genera durante la extrusión. El material activo y el pasivo se disponen en un patrón espiralado, similar al de ciertos tejidos biológicos.

Cuando se aplica calor sobre el filamento resultante, el elastómero de cristal líquido se contrae, generando tensión frente al elastómero pasivo. Este contraste desencadena movimientos predecibles y programables, como curvatura, torsión o enrollamiento, sin necesidad de ensamblar manualmente capas o realizar ajustes mecánicos posteriores.

El equipo de investigación destaca en un comunicado que la velocidad de rotación de la boquilla durante el proceso de impresión influye directamente en la forma final que adoptarán los filamentos al ser activados por el calor. Esta propiedad permite preprogramar la respuesta de los materiales, dotando a los músculos artificiales de comportamientos personalizados según las necesidades de cada aplicación.

Aplicaciones en robótica blanda y más allá

El desarrollo de estos filamentos helicoidales abre nuevas posibilidades para la robótica blanda y dispositivos biomédicos. La colaboración entre expertos en mecánica y alineación molecular permitió validar el comportamiento de los materiales mediante técnicas avanzadas, como la dispersión de rayos X.

De acuerdo con el estudio, publicado en la revista científica PNAS, se emplearon los filamentos como bloques de construcción para crear estructuras complejas y funcionales. Ejemplos destacados incluyen filtros activos que reaccionan a la temperatura y pinzas capaces de sujetar múltiples objetos.

El movimiento específico de cada estructura depende de cómo se disponga el elastómero activo: si se coloca en la curva exterior, la estructura tiende a expandirse y abrirse; si se sitúa en la interior, se contrae y se adhiere. Esta arquitectura programable posibilita la transición de simples filamentos a dispositivos sofisticados, capaces de manipular partículas con precisión o manejar varios elementos simultáneamente.

Miniaturización y potencial de aplicación futura

Una de las metas actuales del proyecto es lograr una mayor miniaturización. Los avances recientes ya permiten producir filamentos de apenas 100 micras de grosor, gracias a boquillas personalizadas y tintas desarrolladas especialmente para esta técnica.

El equipo planea reducir aún más el tamaño y añadir componentes multifuncionales. Según Jackson Wilt, estudiante de posgrado y coautor del estudio, en el futuro se podrían crear boquillas más complejas que se integren con otros materiales, como canales de metal líquido, para expandir las funcionalidades.

Aunque el uso industrial de los elastómeros de cristal líquido sigue en una etapa temprana, la nueva técnica de impresión 3D rotacional multimaterial podría acelerar su adopción en campos como la robótica blanda, la amortiguación de energía y la biomedicina. Entre las aplicaciones potenciales destacan pinzas reconfigurables para manipulación delicada, válvulas termorregulables para control de fluidos y filamentos inyectables autobloqueantes con gran potencial en el ámbito biomédico.