Cuando el mundo físico tenga virus informáticos: nanorobots, cátomos y otros desafíos de los materiales programables

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Cuando, en 2010, alguien le preguntó a Michio Kaku, el famoso físico de cuerdas, qué tecnologías realmente nuevas nos esperaban en el futuro cercano, su respuesta fue clara, los materiales programables: una masa de miles de chips diminutos capaces de unirse, desplazarse y reorganizarse entre sí con una simple línea de comandos. “En el futuro, podrían usarse para construir ciudades enteras instantáneamente”, llegó a decir.

Ante este nivel de hype, durante estos años nos hemos encontrado con todo tipo de especulaciones y de supuestos avances en el campo de los materiales programables, pero ¿Qué es todo esto? ¿están cerca realmente? ¿se trata de la próxima gran revolución tecnológica?

El material con el que están hechos los sueños del futuro

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A finales del siglo XVI, la inquisición veneciana acusó de herejía a Domenico Scandella, un molinero de Italia al que todos llamaban Menocchio. Entre los motivos estaba la peculiar cosmovisión de Scandella, sostenía que el mundo se originó en «un caos» del que surgió «una masa, como se hace el queso con la leche, y en él se formaron gusanos, y éstos fueron los ángeles». Siempre que hablo de los materiales programables, me acuerdo del queso y los gusanos.

Supongo que es porque el sueño de los materiales programables tiene, aunque solo sea metafóricamente, mucho que ver. Su definición es tan sencilla como vaga (un material que puede modificar su forma u otras características físicas a demanda de un usuario dado), su potencial casi ilimitado.

Pero no nos adelantemos. El término se acuñó en 1991 y desde entonces el concepto ha resultado fascinante. "El material con el que están hechos los sueños del futuro", decían algunos. Era una idea muy alocada que solo se mantenía viva en algunos centros y grupos de investigación. Hasta que en 2013 Skylar Tibbits, el director del Self-Assembly Lab del MIT, dio una charla TED.

Los materiales programables (o la versión de ellos que se exponía en la charla) se hizo mainstream. “La idea aquí es tomar los materiales existentes como fibras, láminas, hebras u objetos tridimensionales y programarlos para cambiar su forma a demanda. Es un robot sin cables, motores o baterías” explicó Skylar Tibbits justo un año después.

En ese momento, las aplicaciones parecían infinitas: ropa, muebles, materiales de construcción, productos médicos, elementos de aviación o piezas para automóviles. Todo lo que va desde los robots líquidos como el de Terminator II a la madera que se curva al mojarse. Sin embargo, un año después, las noticias sobre estos materiales desaparecieron de la web del MIT.

Nuestro desarrollo tecnológico no estaba a la altura de nuestra ambición y era el momento de abandonar los escenarios y volver al laboratorio. Con el tiempo, las dos grandes líneas de investigación han ido convergiendo en un objetivo lejano, pero cada vez más definido.

Robótica modular

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La primera línea de investigación ha sido la robótica modular (de reconfiguración autónoma). Durante finales de los 90 y la primera década de los 2000, la mejor estrategia para conseguir alcanzar materia programable parecía ser desarrollar unidades robóticas capaces de organizarse una y otra vez.

En 2013, Josh Romashin propuso los M-Blocks. Se trataba de pequeños cubos sin parte móviles externas capaces de impulsarse gracias al movimiento angular y de agruparse en formas relativamente sencillas usando electroimanes colocados en las caras del cubo

Ese era el enfoque más sencillo. Otro equipo del MIT, se inspiró en la complejidad de las proteínas para desarrollar robots con formas que fueran más allá de lo geométrico. Las moteínas, como llamaron a esos pequeños robots, se presentaron en 2012 como “el equivalente robótico a la navaja suiza”, pero, aunque consiguió generar estructuras capaces de doblarse sin partes móviles, no consiguió mucho más. Los robots eran demasiado grande.

Metamateriales

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El otro gran enfoque para acercarnos a los materiales programables consiste en el camino contrario. El objetivo es desarrollar materiales con propiedades nuevas que no se pueden encontrar en la naturaleza: los metamateriales. Hoy por hoy, es la línea de investigación más interesante.

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En 2016, unos investigadores de la Universidad de Pittsburg desarrollaron un material híbrido capado de reconocer patrones simples. Es un ejemplo de los esfuerzos de los investigadores por encontrar materiales capaces de computar de forma inherente, estructural.

También se han diseñado materiales que cambian al contactar con agentes simples como el calor, la luz, el agua o la presión del aire. En la Universidad de Bristol, están diseñando un material inspirado en el kirigami japonés que es capaz de cambiar su forma y sus capacidades mecánicas. Pero la lista es muy grande: materiales que cambian al recibir luz o calor o que se inspiran en las proteínas de la seda.

El horizonte: la claytrónica

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En realidad, la claytrónica es una idea límite: el lugar donde confluyen la "nanoaturización" de la robótica modular y el desarrollo de metamateriales. Se trata de materiales formados por computadoras a escala nanométrica capaces de interactuar entre sí, reorganizarse y construir estructuras complejas.

Y hablo de idea límite porque los retos que quedan hasta llegar ahí son amplios: tanto en hardware como en software. Estamos muy lejos de tener cátomos (computerize atoms o átomos controlados por ordenador) útiles o de disponer del software necesario para gestionar tal cantidad de nanocomputadoras agregadas.

Eso sí, la investigación está siendo muy intensa y se trata de un campo de investigación lleno de peligros (¡Cuidado, tu sofá tiene un virus!), pero que como la computación cuántica o la fusión fría tienen el potencial de cambiarlo todo. Pero como con ellas, no sabemos cuándo lo hará.