El tradicional proceso edisoniano de prueba y error de descubrimiento es lento y laborioso. Esto obstaculiza el desarrollo de nuevas tecnologías que se necesitan con urgencia para la energía limpia y la sostenibilidad ambiental, así como para la electrónica y los dispositivos biomédicos.
«Por lo general, lleva de 10 a 20 años descubrir un nuevo material», dijo Yanliang Zhang, profesor asociado de ingeniería aeroespacial y mecánica en la Universidad de Notre Dame.
«Pensé que si podíamos acortar ese tiempo a menos de un año, o incluso unos meses, sería un cambio de juego para el descubrimiento y la fabricación de nuevos materiales».
Ahora, Zhang ha hecho exactamente eso, creando un método de impresión 3D novedoso que produce materiales en formas que la fabricación convencional no puede igualar. El nuevo proceso mezcla múltiples tintas de nanomateriales en aerosol en una sola boquilla de impresión, variando la proporción de mezcla de tinta sobre la marcha durante el proceso de impresión. Este método, llamado impresión combinatoria de alto rendimiento (HTCP, por sus siglas en inglés), controla tanto las arquitecturas 3D de los materiales impresos como las composiciones locales y produce materiales con composiciones de gradiente y propiedades a una resolución espacial de microescala.
Su investigación acaba de publicarse en Naturaleza.
El HTCP basado en aerosol es extremadamente versátil y aplicable a una amplia gama de metales, semiconductores y dieléctricos, así como a polímeros y biomateriales. Genera materiales combinacionales que funcionan como «bibliotecas», cada una de las cuales contiene miles de composiciones únicas.
La combinación de la impresión de materiales combinados y la caracterización de alto rendimiento puede acelerar significativamente el descubrimiento de materiales, dijo Zhang. Su equipo ya ha utilizado este enfoque para identificar un material semiconductor con propiedades termoeléctricas superiores, un descubrimiento prometedor para aplicaciones de enfriamiento y recolección de energía.
Además de acelerar el descubrimiento, HTCP produce materiales clasificados funcionalmente que pasan gradualmente de rígidos a blandos. Esto los hace particularmente útiles en aplicaciones biomédicas que necesitan tender un puente entre los tejidos blandos del cuerpo y los dispositivos portátiles e implantables rígidos.
En la próxima fase de investigación, Zhang y los estudiantes de su Laboratorio de Energía y Fabricación Avanzada planean aplicar estrategias guiadas por aprendizaje automático e inteligencia artificial a la naturaleza rica en datos de HTCP para acelerar el descubrimiento y desarrollo de una amplia gama de materiales
«En el futuro, espero desarrollar un proceso autónomo y autónomo para el descubrimiento de materiales y la fabricación de dispositivos, para que los estudiantes en el laboratorio puedan concentrarse en el pensamiento de alto nivel», dijo Zhang.
