Tras unas décadas de desarrollo vertiginoso de la electrónica –desde los ordenadores personales y los teléfonos plegables hasta los dispositivos portátiles, los teléfonos inteligentes y las tabletas–, hay señales de que los avances tecnológicos se están estancando. Por ejemplo, su nuevo iPhone realmente no es tan distinto del anterior. Y los ordenadores portátiles prácticamente todos lucen y funcionan de forma parecida.
Los ingenieros necesitan nuevas fuentes de inspiración para la innovación. Una de ellas, aunque cueste creerlo, son las artes antiguas. Mi trabajo, por ejemplo, se inspira en el kirigami, un primo menos conocido del arte del plegado origami. Incluso es posible que de niño hayas hecho kirigami, plegando y recortando para crear copos de nieve de papel. Los materiales inspirados en estas artes pueden utilizarse para mejorar la ropa inteligente, fabricar teléfonos plegables y hacer prótesis más ligeras.
Cortar papel
La palabra kirigami es el nombre en inglés del arte de cortar papel. Los arqueólogos afirman que el kirigami puede remontarse a antes del siglo XVII en Japón. Sigue siendo un arte popular en los países asiáticos, donde la gente hace kirigami para celebrar el año nuevo lunar, el nacimiento de bebés, las bodas y otros acontecimientos importantes.
Por lo general, el kirigami parte de una base de papel plegada, que se corta, se despliega y se aplana para obtener la obra final. Los patrones intrincados crean hermosas obras de arte basadas en principios matemáticos y de diseño que pueden cambiar el comportamiento mecánico del material cortado. Por ejemplo, un patrón determinado puede hacer que el papel sea más resistente o más extensible.
Una idea de ingeniería
Del mismo modo que los practicantes del kirigami cortan y pliegan papel, los ingenieros pueden cortar y plegar materiales que, a su vez, pueden incorporarse a dispositivos electrónicos.
Las innovaciones recientes en electrónica de bajo consumo energético han creado dispositivos electrónicos portátiles, papel de tinta electrónica de alto rendimiento, piel electrónica artificial y tejidos inteligentes. Pero muchas de estas creaciones dependen, al menos en parte, de las tradicionales placas de circuito impreso, que suelen estar hechas de silicio y metales. Son rígidas y frágiles, poco compatibles con el cuerpo humano. Las personas necesitan ropa, papel y objetos que puedan soportar flexiones y curvas.
La comunidad investigadora, así como las empresas de tecnología y de confección, están deseosas de fabricar dispositivos electrónicos lo más flexibles y plegables posible. El reto consiste en asegurar que la flexibilidad de estos aparatos no limite su capacidad para conducir la electricidad.
Pasar a la electrónica
Recientemente, mi grupo de investigación de la Universidad de Búfalo fabricó un novedoso dispositivo electrónico extensible inspirado en el kirigami. Fabricado con polímeros autoensamblados y nanocables, el dispositivo tiene un centímetro de ancho. Por sí mismo podría estirarse ligeramente, hasta apenas 1,06 centímetros. Pero, al cortarlo con láser siguiendo un patrón inspirado en el kirigami, el mismo dispositivo puede estirarse hasta 20 centímetros, un 2000 por ciento más que su forma sin estirar. La elasticidad innata del material ayuda, pero el patrón y la orientación de los cortes son el factor principal en la forma en que el dispositivo se deforma.
Además, el corte hizo que el dispositivo fuera 3000 veces más conductor de electricidad, lo que significa que la electrónica puede funcionar más rápido o tardar menos en cargarse.
Hay muchos otros electrónicos investigadores inspirados en el kirigami. A medida que nuestros grupos y otros perfeccionan este tipo de materiales, con el tiempo podrán incorporarse a la piel electrónica –similar a los tatuajes temporales– para mejorar la sensación de las prótesis y robots. Los hospitales también pueden usar parches de piel electrónica para monitorizar de forma inalámbrica las constantes vitales de los pacientes, sustituyendo esos molestos cables que pueden enredarse o impedir que las personas duerman mientras descansan en la cama.
Los dispositivos electrónicos extensibles también son clave para los planes de Samsung de lanzar un teléfono inteligente plegable. Y podrían ser fundamentales para la ropa inteligente, un sector que los analistas prevén que podría alcanzar un valor de US$4000 millones para 2024. Gracias a las innovaciones artísticas de hace cientos de años, la ropa y los vendajes podrían algún día ayudar a los atletas a maximizar su rendimiento, vigilar la salud de personas con enfermedades crónicas y proporcionar a soldados y trabajadores de emergencias información importante sobre sí mismos y sobre quienes están a su cargo.
