Acoplamiento de transformación de forma programable y propulsión impulsada por disolventes en un compuesto blando bicontinuo

Materiales blandos que se mueven y cambian de forma por sí mismos

Imagine una tira flotante de material elástico que puede enrollarse y desenrollarse como una piña en un día de lluvia, y luego deslizarse por un estanque como hacen algunos escarabajos, impulsada únicamente por un poco de combustible líquido. Este estudio presenta precisamente ese material blando e inteligente. Puede reconfigurar su forma y desplazarse sobre el agua sin cables, motores ni electrónica, lo que abre la puerta a futuros robots blandos, recubrimientos y pequeñas herramientas químicas que respondan con inteligencia a su entorno.

Aprendiendo de las piñas y los escarabajos caminadores sobre el agua

En la naturaleza, los sistemas vivos suelen emplear dos tipos de movimiento muy distintos. Algunos, como las piñas o las hojas sensibles, cambian de forma en el lugar cuando varían la humedad, el tacto o la temperatura. Otros, como ciertos escarabajos y bacterias, se desplazan de un punto a otro, a veces liberando moléculas tensioactivas que los arrastran por la superficie del agua. Los ingenieros han recreado aspectos de cada comportamiento con materiales sintéticos, pero rara vez ambos en una sola plataforma. Los elastómeros de cristal líquido típicos pueden doblarse y contraerse con calor o luz, pero no interactúan bien con el agua ni generan propulsión. Los hidrogeles, en contraste, aman el agua y se hinchan considerablemente, aunque suelen expandirse en todas direcciones y carecen de la direccionalidad incorporada necesaria para guiar el movimiento o generar fuerzas netas.

Construcción de un compuesto blando de redes duales

Para salvar esta brecha, los investigadores diseñaron un material híbrido denominado BALCEH, siglas de un compuesto bicontinuo de elastómero de cristal líquido e hidrogel. En su núcleo, BALCEH combina dos redes continuas pero entretejidas: un hidrogel hidrófilo y un elastómero de cristal líquido hidrofóbico. El hidrogel forma un andamiaje poroso que puede absorber distintos líquidos, mientras que el elastómero se estira cuidadosamente y se fija en una única dirección preferida para que sus unidades internas queden alineadas. Esta arquitectura emparejada permite aunar un fuerte hinchamiento y elasticidad direccional en la misma pieza de material. Mediciones con microscopía, luz infrarroja, dispersión Raman y dispersión de rayos X confirman que las dos redes están profundamente interpenetradas, que los segmentos de cristal líquido están bien alineados, y que el compuesto es mecánicamente resistente y flexible, siendo claramente más robusto en la dirección de alineación.

Superficies conmutables y cambios de forma reversibles

Las redes entrelazadas proporcionan a BALCEH un comportamiento ambiental de tipo “camaleón”. Debido a que el hidrogel prefiere el agua y el elastómero prefiere el aceite, la superficie que cada uno presenta al mundo exterior puede invertirse según el líquido presente. Bajo el agua, domina el hidrogel y hace que la superficie repela fuertemente las gotas de aceite; bajo aceite, prevalece el elastómero y la superficie rechaza el agua. Esta humectabilidad adaptable, con repelencia extrema tanto al aceite como al agua según el entorno, podría ser útil en filtros inteligentes y recubrimientos antifouling. Al mismo tiempo, las dos redes se tiran entre sí internamente. Cuando BALCEH absorbe agua u otros disolventes polares, el hidrogel tiende a hincharse, sobre todo en dirección perpendicular a la alineación del elastómero, mientras éste resiste y almacena energía elástica. El resultado es un doblado o desdoblado controlado que se repite durante muchos ciclos: las tiras pueden desplegarse en líquido y volver a cerrarse al secarse, torcerse con la humedad, o acortarse y alargarse con cambios de temperatura, todo sin perder sus formas preprogramadas.

Deslizamiento impulsado por disolventes y trayectorias programables

Más allá de doblarse en el lugar, BALCEH también puede actuar como su propio pequeño motor. Cuando se satura con un disolvente de baja tensión superficial como el etanol y se coloca en la interfaz aire–agua, una tira de BALCEH flota y va filtrando lentamente el disolvente hacia el agua circundante. Debido a la estructura interna anisotrópica, esta liberación es desigual, generando un desequilibrio de tensión superficial que arrastra la tira: un efecto conocido como propulsión de Marangoni. A diferencia de los hidrogeles simples, que se hunden rápidamente al absorber agua, el componente hidrofóbico del compuesto mantiene la flotabilidad, permitiendo un movimiento que puede durar decenas de minutos. Cambiando el tipo de “combustible” (disolvente), su volatilidad y su miscibilidad con el agua, el equipo ajusta cuánto tiempo y con qué fuerza se desplaza la tira. Fijar una o varias piezas de BALCEH a formas impresas en 3D sencillas las convierte en nadadores blandos cuyas trayectorias —circulares, rectas, rotacionales o en espiral hacia afuera— pueden programarse mediante la geometría, la elección del combustible e incluso adiciones temporizadas de otros líquidos a la piscina.

De robots flotantes a separación inteligente y química

Los mismos principios subyacentes permiten otras funciones. Los autores demuestran que telas recubiertas con BALCEH pueden separar aceite y agua solo por gravedad, porque cada cara del compuesto deja pasar selectivamente un líquido mientras bloquea el otro. En otro ejemplo, un actuador en forma de estrella de BALCEH transporta una perla reactiva sólida a través de una disposición estratificada de aceite y agua y la libera solo cuando y donde el agua hace que el material se despliegue, activando efectivamente una reacción química con lógica incorporada. Estas demostraciones muestran cómo combinar una red elástica direccional con una red sensible y hinchable permite que un único material blando detecte su entorno y convierta esa información en acciones complejas.

Por qué esto importa para las futuras máquinas blandas

Para no especialistas, el resultado clave es que este trabajo fusiona dos tipos de movimiento —cambio de forma y autopropulsión— en un solo material robusto y reusable. BALCEH se dobla y tuerce al encontrarse con agua, humedad, calor o ciertos disolventes, y también puede deslizarse por la superficie del agua alimentado únicamente por pequeñas cantidades de líquidos orgánicos. Puesto que su respuesta depende tanto del fluido circundante como de su alineación preestablecida, puede programarse para seguir trayectorias específicas, transportar cargas, desencadenar reacciones o separar mezclas sin electrónica ni piezas rígidas. Este acoplamiento de deformación y locomoción en una sola tira ligera apunta hacia dispositivos robóticos blandos y recubrimientos que operan de forma autónoma en entornos húmedos reales.

Cita: Giri, P., Borbora, A., Sarkar, D. et al. Coupling programmable shape morphing and solvent-fueled propulsion in a soft bicontinuous composite. Nat Commun 17, 3638 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69432-x

Palabras clave: robótica blanda, materiales inteligentes, compuestos de hidrogel, autopropulsión, humectabilidad adaptable