La Oficina de Patentes y Marcas de los Estados Unidos (USPTO) ha publicado una innovadora patente de IBM (International Business Machines Corporation), la multinacional tecnológica con sede en Nueva York. El documento, originalmente presentado en agosto de 2023 (Patente de EE. UU. No. 20250073998), describe un método novedoso para transportar micropartículas utilizando materiales inteligentes impresos en impresión 4D.
Materiales Inteligentes y Nanomáquinas: El Corazón de la Innovación de IBM
Según la presentación de IBM, estos materiales impresos en impresión 4D tienen la capacidad de moverse en respuesta a estímulos externos, como calor, luz, campos magnéticos o electricidad. Esta característica permite configurarlos y manipularlos para administrar micropartículas (de 1 a 100 µm de diámetro) desde un punto de partida hasta una ubicación objetivo en áreas pequeñas y de difícil acceso. Esta tecnología es especialmente relevante para la creación y manipulación de nanomáquinas.
Control Preciso y Aplicaciones Potenciales de la Impresión 4D en Nanotecnología
El método desarrollado por IBM utiliza un programa informático para monitorizar el movimiento de los materiales inteligentes. Si los objetos 4D se desvían de su trayectoria prevista, los modelos de aprendizaje automático ajustan las entradas para mantener las micropartículas en el camino correcto. IBM destaca aplicaciones potenciales como la administración de fármacos, los microportadores celulares, el ensamblaje de electrónica en miniatura y la microfabricación.
Expertos en Fabricación Aditiva Detrás de la Patente de IBM para Nanomáquinas
El ingeniero de IA de IBM, Tushar Agrawal, y el arquitecto de aplicaciones Sarbajit K. Rakshit, quienes ayudaron a inventar este nuevo método habilitado para la impresión 4D, cuentan con una significativa experiencia en fabricación aditiva. Agrawal ha contribuido a más de 180 solicitudes de patentes, incluyendo una propuesta para imprimir objetos 3D de materiales descompuestos y monitorear su descomposición a lo largo del tiempo. Rakshit, con casi dos décadas de experiencia en IBM, estuvo detrás de la patente de impresión 3D de hologramas de la compañía, presentada en 2017.
El ex desarrollador de software de IBM, Vinod A. Valecha, también figura en la patente. Actualmente trabaja en la empresa tecnológica Cohesity, con sede en San José, y anteriormente contribuyó a la patente de IBM para la impresión 3D continua con una placa de construcción plegable. Valecha también co-inventó un proceso de «fabricación aditiva paralela» que fabrica una pieza deconstruida simultáneamente en múltiples impresoras 3D. Su Liu, un «inventor maestro» en IBM, también figura en la patente de impresión 4D recientemente publicada.
El Proceso Innovador de Impresión 4D de IBM para Nanomáquinas
El proceso de impresión 4D patentado por IBM comienza con la recepción de una solicitud del usuario por parte del programa informático, que especifica el transporte de micropartículas desde una posición inicial hasta una ubicación de destino a lo largo de una ruta determinada. Cada solicitud incluye parámetros cruciales como el tamaño, la forma, el peso y la composición material de las micropartículas. Además, se deben definir la ruta de entrega y las condiciones ambientales, ya que el material inteligente impreso a microescala es capaz de desplazarse a través de diversos entornos, desde espacios industriales hasta el tracto intestinal y las arterias.
Diseño y Materiales Inteligentes en la Impresión 4D de IBM
El programa de IBM analiza la solicitud y emplea modelos de aprendizaje automático (ML) para diseñar un objeto imprimible en 4D optimizado para la entrega de micropartículas. Los materiales inteligentes utilizados en estos objetos incluyen aleaciones con memoria de forma y polímeros con memoria de forma, ambos capaces de recuperar su forma original tras ser sometidos a calor o deformación.
Para micropartículas de tamaño reducido, se pueden adherir directamente a la superficie del objeto móvil 4D. Sin embargo, para microestructuras más grandes y pesadas, IBM propone el uso de contenedores rígidos impresos en 3D, que se fijan a los materiales inteligentes y resguardan las micropartículas durante el transporte.
Activación y Control Preciso de Nanomáquinas en Impresión 4D
Una vez activado, el programa de IBM aplica un estímulo externo para poner en marcha el objeto 4D. El material inteligente responde deformándose y generando fuerzas que impulsan el movimiento. Por ejemplo, el calor provoca que los materiales con memoria de forma se doblen o plieguen, mientras que la luz desencadena el movimiento en materiales fotosensibles. Los campos magnéticos también se utilizan para atraer o repeler el objeto 4D, guiando su trayectoria en una dirección específica.
El proceso patentado de IBM utiliza modelos de ML para monitorizar continuamente el objeto impreso en 4D durante su desplazamiento a lo largo de la ruta de entrega. Si se detectan desviaciones o bloqueos, el algoritmo analiza el problema de forma instantánea y ajusta los estímulos para corregir el movimiento. Al alcanzar la ubicación de destino, el programa de IBM interrumpe el estímulo externo, detiene el movimiento y libera las micropartículas.
Aplicaciones Potenciales de la Patente de IBM en Nanotecnología
Según IBM, su patente recién publicada ofrece un potencial significativo para diversas aplicaciones de alto valor. Por ejemplo, podría proporcionar un método preciso para la administración de fármacos dirigidos, transportando medicamentos a órganos o tejidos específicos dentro del cuerpo. En el sector de la electrónica, el nuevo proceso de IBM podría emplearse para ensamblar componentes electrónicos diminutos con extrema precisión. Asimismo, los materiales inteligentes pueden desplazar micropartículas en espacios reducidos donde las máquinas de fabricación convencionales y los robots no pueden acceder, lo que resulta valioso para la microfabricación.
Impresión 4D: Una Nueva Dimensión en la Fabricación Aditiva y la Nanotecnología
La impresión 4D no es un concepto novedoso. En 2021, investigadores de la Universidad de Tianjin en China desarrollaron un robot blando impreso en 4D capaz de movimiento autónomo. El dispositivo, con forma de tubo, estaba fabricado con elastómero de cristal líquido, lo que le permitía autoensamblarse al ser sometido a calor. El diseño aprovechaba patrones de plegado para generar tensión en su estructura, permitiéndole rodar y desplazarse sobre superficies planas. El robot impreso en 4D también demostró la capacidad de escalar una inclinación de 20° y arrastrar una carga hasta 40 veces su propio peso.
Un equipo de investigadores alemanes, egipcios y de los Emiratos Árabes Unidos desarrolló un método innovador para crear alineadores dentales impresos en 4D con capacidades de memoria de forma. Fabricados con resina transparente DLP de Kline Europe, estos dispositivos de ortodoncia están diseñados para ablandarse al ser introducidos en la boca del usuario, adaptándose, sujetando y reposicionando los dientes desalineados. Los investigadores demostraron la capacidad de modificar las propiedades de los alineadores de forma predecible con el tiempo, ofreciendo una alternativa sostenible a los productos dentales desechables.
En otro ámbito, un equipo de la Universidad de la Reina de Belfast desarrolló implantes mamarios personalizados impresos en 4D para el tratamiento del cáncer. Según los investigadores, esta fue la primera vez que se utilizó la impresión 4D para producir implantes de cáncer de mama. Mediante este proceso, los científicos fabricaron implantes mamarios multipropósito que pueden programarse para cambiar de tamaño y adaptarse a la cavidad tisular del paciente, permitiendo una mayor personalización y mejores resultados estéticos. Los implantes impresos en 4D también pueden programarse para liberar fármacos de quimioterapia en los lugares necesarios, previniendo la recurrencia de células cancerosas.
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La imagen destacada muestra el logotipo de IBM. Foto a través de IBM.
