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Conversando con...

Moustapha Hafez, profesor del Institut CEA LIST de Francia

Lo que los materiales inteligentes pueden hacer por nosotros

[22/08/2013] Hace unos días estuvo por Lima Moustapha Hafez, profesor del Institut CEA LIST de Francia. Hafez, quien es experto en el uso de materiales inteligentes. Él se dio un tiempo para conversar con CIO Perú sobre lo que este novedoso campo puede ofrecer al país.
Los materiales inteligentes son un tema que nunca antes habíamos tocado así que el interés que despertó en nosotros fue bastante grande. Con él conversamos –primero- sobre lo que son los materiales inteligentes y los usos que pueden darse a ellos, además del interés que ha generado entre los profesionales peruanos.
Hafez llegó a Lima invitado por la Universidad de Ingeniería y Tecnología (UTEC) para dictar el curso Materiales Inteligentes: Aplicaciones en Robótica y Microtecnología, y charlamos con él justo antes que comenzara su segundo día de clases; entonces, ya tenía una idea de lo que interesaba a los asistentes al curso.
¿Que hace que un material sea inteligente?
Un material es inteligente porque tiene la capacidad de medir propiedades físicas -como el estrés o la presión- y transformar estos estímulos en una señal eléctrica; o puede ser al contrario, es decir, podemos aplicar una corriente eléctrica a algún material y el material cambiará su forma. Por ejemplo, el piezomaterial es inteligente porque puede exhibir ciertas propiedades electromecánicas y el efecto reverso también se encuentra presente, lo cual significa que se puede usar como un actuator, motor o sensor.
La gran ventaja de estos materiales, en comparación con los motores convencionales o los motores electromagnéticos, neumáticos o similares, es que pueden ser colocados en capas delgadas de tal forma que pueden utilizarse en la miniaturización de los sistemas. De esta forma, éstos podrían ser más pequeños, más compactos y consumir menos energía; además podríamos avanzar hacia nuevas y diferentes tecnologías. La miniaturización de los motores tiene algunas limitaciones, la eficiencia cae cuando vamos hacia la microescala, por ello la idea es encontrar nuevas formas para desarrollar actuators y sensores inteligentes; y estos materiales inteligentes se encuentran bien adaptados para hacerlo.
¿Estos materiales se hacen para propósitos específicos o propósitos generales?
Primero, en los materiales inteligentes tenemos diferentes categorías. Tenemos materiales como los materiales piezoeléctricos -que son cerámicas-, polímeros inteligentes, polímeros piezoeléctricos; tenemos otros materiales como el níquel-titanio que es una shape-memory alloy (SMA), y también algunos fluidos que varían su viscosidad cuando se les aplica alguna señal eléctrica o campo magnético.
Entonces, hay diferentes tipos de materiales y cada uno de ellos tiene ventajas y desventajas. Por ejemplo, el principio físico para la piezoelectricidad es un alineamiento dipolar en la estructura de cristales, esto significa que este alineamiento que genera una micro deformación; entonces la piezoelectricidad es muy rápida, puede ir hasta los 100 KHz y gracias a ello es adecuada para aplicaciones dinámicas.
Por otro lado, otros materiales, como las SMA, no son electromecánicos sino termomecánicos, lo cual significa que para lograr esta deformación necesitan de una señal térmica, es decir, calor o una corriente que produzca un efecto Joule. Por ser termomecánicos son lentos; sin embargo, son muy fuertes y de hecho constituyen la mejor tecnología generadora de fuerza.
En general, todas las familias de materiales tienen buenos puntos y puntos débiles, no existe un universo de materiales inteligentes que se pueda utilizar en todas las aplicaciones.
¿Cuáles son ahora las aplicaciones más comunes que podemos ver?
Las aplicaciones comunes de estos materiales inteligentes son diversas. Tomemos, por ejemplo, los fluidos magnetorreológicos que tienen la capacidad de variar su viscosidad cuando aplicas un campo magnético. Al variar su viscosidad pueden usarse en los sistemas de suspensión de un automóvil. Lo que tenemos en la actualidad en un auto convencional son amortiguadores pasivos, pero con este fluido inteligente podemos cambiar el aceite estándar, modificar un poco el mecanismo del amortiguador y usar estos fluidos magnetorreológicos que serán activos, esto significa que pueden filtrar la perturbación que se produce en la rueda y así incrementar la comodidad del auto y su estabilidad.
En autos muy costosos.
En Audi, Ferrari; pero, por supuesto, todas las tecnologías nuevas llegan primero a los productos de gama alta y luego se democratizan. Esta tecnología se usa en suspensiones activas y en frenos activos, pero también se está trasladando hacia otros campos como el de la interacción entre hombre-máquina en lo que llamamos haptics.
Haptics es todo aquello que usa el sentido del tacto. Muchas de la tecnología que usamos en la actualidad usan el sentido del tacto, que es muy rico, pero no lo explota como debería. Simplemente nos basamos en la información visual; sin embargo, la información táctil puede usarse en algunas aplicaciones como, por ejemplo, en los pilotos de una aeronave o los conductores de un automóvil. Ellos podrían obtener información a través del tacto.
Estos tipos de fluidos, por ejemplo, los hemos adaptado con haptics para controlar una pantalla, un GPS y otros tipos de información. Y la ventaja de usar un fluido activo es que se puede programar todo el desempeño que quieres. El fabricante puede usarlo para bloquear un sistema o tener diferentes tipos de información cuando se está navegando; ofrece nuevas formas de aplicación gracias a su facilidad de programación y a que todo se puede hacer en términos de la información haptics en este tipo de dispositivos.
Usted ya ha pasado por un día en clase, sus alumnos ya le han dicho ¿qué esperan de este tipo de cursos?
Si, y eso depende de sus diferentes antecedentes. Algunos están más ligados a la educación, y ellos se encuentran más interesados en saber cómo podríamos proporcionar estos tipos de materiales inteligentes en algunos proyectos para los estudiantes y cómo pueden entenderlos y usarlos, y crear diseños de aplicaciones prácticas.
Y otras personas vienen de la industria, personas dentro del campo de la robótica o la minería, y ellos tienen muy buenas ideas de cómo implementar estos sensores para monitorear aplicaciones concretas.
Entonces, dependiendo de dónde vienen tienen diferentes intereses, ello representa un desafío pero es muy interesante.
Jose Antonio Trujillo, CIO Perú