La Oficina de Patentes y Marcas de los Estados Unidos (USPTO) ha publicado una nueva patente de la multinacional de tecnología de Nueva York, International Business Machines Corporation (IBM). Originalmente presentada en agosto de 2023, el documento (US Patent No. 20250073998) describe un método innovador para transportar micropartículas utilizando materiales inteligentes impresos en 4D.
Según el documento de IBM, estos materiales impresos en 4D se mueven en respuesta a estímulos externos como calor, luz, campos magnéticos o electricidad. Por lo tanto, pueden ser configurados y manipulados para entregar micropartículas (de 1 a 100 µm de diámetro) desde un punto de partida hasta un destino en áreas pequeñas y difíciles de alcanzar.
El método de la gigante tecnológica estadounidense utiliza un programa informático para monitorear 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 la entrega de medicamentos, los microportadores celulares, la ensamblaje de electrónica miniatura y la microfabricación como posibles aplicaciones.
Los ingenieros de inteligencia artificial de IBM, Tushar Agrawal y el arquitecto de aplicaciones Sarbajit K. Rakshit, que ayudaron a inventar el nuevo método habilitado por la impresión 4D, aportan una significativa experiencia en fabricación aditiva. Agrawal ha contribuido a más de 180 solicitudes de patentes, incluyendo una propuesta para imprimir objetos en 3D a partir de materiales descomponibles y monitorear su descomposición con el tiempo. Rakshit, quien posee casi dos décadas de experiencia en IBM, estuvo detrás de la patente de impresión 3D de hologramas de la empresa presentada en 2017.
El ex desarrollador de software de IBM, Vinod A. Valecha, también es mencionado en la patente. Actualmente trabajando en la empresa tecnológica de San José, Cohesity, previamente contribuyó a la patente de IBM para la impresión 3D continua con una placa de construcción colapsable. Valecha también co-inventó un proceso de “fabricación aditiva paralelizada” que fabrica una parte descompuesta simultáneamente en múltiples impresoras 3D. Su Liu, un “Inventor Maestro” en IBM, también es nombrado en la nueva patente de impresión 4D publicada.
La nueva patente de impresión 4D de IBM
El proceso de impresión 4D de IBM comienza cuando el programa informático recibe una solicitud del usuario para transportar micropartículas desde una posición inicial hasta un destino a lo largo de una trayectoria específica. Cada solicitud incluye características clave como el tamaño, la forma, el peso y la composición del material de las micropartículas. La trayectoria de entrega y las condiciones ambientales también deben ser especificadas, con el material impreso inteligente a pequeña escala capaz de moverse a través de medios que van desde entornos industriales hasta tractos intestinales y arterias.
El programa de IBM analiza la solicitud y utiliza modelos de aprendizaje automático para diseñar un objeto imprimible en 4D optimizado para la entrega de micropartículas. Los materiales inteligentes que pueden ser utilizados en estos objetos incluyen aleaciones con memoria de forma y polímeros con memoria de forma. Ambos pueden regresar a su forma original después de ser calentados o deformados.
Si las micropartículas son lo suficientemente pequeñas, pueden ser directamente adheridas a la superficie del objeto 4D móvil. Sin embargo, para microestructuras más grandes y pesadas, IBM sugiere contenedores rígidos impresos en 3D. Estos se fijan a los materiales inteligentes y sostienen las microplásticas durante el transporte.
Una vez activado, el programa de IBM aplica un estímulo externo para activar el objeto 4D. El material inteligente responde deformándose y generando fuerzas que permiten el movimiento. Por ejemplo, el calor hace que los materiales con memoria de forma se doblen o plieguen, mientras que la luz desencadena el movimiento en materiales fotoresponsivos. Los campos magnéticos también pueden ser utilizados para atraer o repeler el objeto 4D, guiando su movimiento en una dirección específica.
El proceso patentado de IBM utiliza modelos de aprendizaje automático para monitorear continuamente el objeto impreso en 4D mientras se mueve a lo largo de la trayectoria de entrega. Si se detectan desviaciones o bloqueos, el algoritmo analiza instantáneamente el problema y ajusta los estímulos para corregir su movimiento. Una vez que llega al destino, el programa de IBM elimina la entrada externa, deteniendo el movimiento y entregando las micropartículas.
Según el líder tecnológico de Silicon Valley, su nueva patente publicada ofrece un potencial significativo para varias aplicaciones de alto valor. Por ejemplo, podría proporcionar un método preciso para la entrega de medicamentos dirigida, transportando la medicina a través del cuerpo hasta órganos o tejidos específicos. En el sector electrónico, el nuevo proceso de IBM podría ser utilizado para ensamblar componentes electrónicos miniatura con una precisión extrema. Los materiales inteligentes también pueden mover micropartículas en espacios pequeños donde las máquinas y robots de fabricación convencionales no pueden llegar, ofreciendo valor para la microfabricación.
La impresión 4D: una nueva dimensión para la fabricación aditiva
La impresión 4D no es en absoluto un concepto nuevo. Atrás en 2021, investigadores de la Universidad de Tianjin en China desarrollaron un robot blando impreso en 4D capaz de movimiento.
El dispositivo en forma de tubo estaba hecho de elastómero de cristal líquido, lo que le permitía autoensamblarse cuando se sometía a calor. Fue diseñado para aprovechar patrones de plegado para crear tensión dentro de su estructura, permitiéndole rodar y recorrer superficies planas. El robot impreso en 4D también demostró la capacidad de subir una inclinación de 20° y arrastrar una carga hasta 40 veces su propio peso.
Un equipo de investigadores de Alemania, Egipto y los Emiratos Árabes Unidos también desarrolló un método novedoso para crear alineadores dentales impresas en 4D con capacidades de memoria. Impresos en DLP a partir del resina transparente ClearX de Kline Europe, el dispositivo ortodóntico está diseñado para ablandarse una vez insertado en la boca de un usuario. Esto permite que el alineador se adapte, agarre y repositione los dientes mal alineados. Los investigadores demostraron la capacidad de predecir y cambiar las propiedades de los alineadores con el tiempo, convirtiéndolo en una alternativa sostenible a los productos dentales de un solo uso.
En otro lugar, un equipo de la Universidad Queen’s de Belfast desarrolló implantes mamarios personalizados impresos en 4D para manejar y tratar el cáncer. Según los investigadores, esta fue la primera vez que la impresión 4D se utilizó para producir implantes de cáncer de mama.
Utilizando este proceso, los científicos de Irlanda del Norte fabricaron implantes mamarios multipropósito que pueden ser programados para cambiar de tamaño para ajustarse mejor a la cavidad de tejido del paciente. Esto supuestamente desbloquea una mayor personalización y mejores resultados estéticos. Los implantes impresos en 4D también pueden ser programados para liberar medicamentos de quimioterapia donde son necesarios, protegiendo contra el retorno de las células cancerosas.
La imagen destacada muestra el logotipo de IBM. Foto vía IBM.