Publicado: 
02 de abril de 2003

Asombrosos Fluidos Magnéticos

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 Portal de Ciencia@NASA

Astronautas a bordo de la Estación Espacial Internacional estudian fluidos exóticos que algún día podrían fluir por las venas de robots y hacer edificios resistentes a terremotos.

NASA


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Abril 2, 2003: Si no lo viera usted por sí mismo, no lo creería.

Una sustancia gris se desliza por los paredes de un vaso de laboratorio. Se dirige a la mesa, pero antes de que llegue, un leve zumbido llena el aire. Alguien ha prendido un electroimán. El fluido se endurece, tiembla, y sólo vuelve a deslizarse cuando el zumbido se apaga.

¿Está vivo?

No, solamente magnetizado.

"Los llamamos fluidos magnetoreológicos, o fluidos MR para abreviar", dice Alice Gast, profesora de ingeniería química en el MIT. "Son líquidos que se endurecen o cambian de forma cuando detectan un campo magnético".

Arriba: El sistema nervioso de futuros robots podría usar fluidos MR para mover articulaciones y extremidades de forma semejante a los seres vivos. Créditos de la imagen: John Frassanito & Associates, Inc.

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Ustede puede hacer uno de estos exóticos fluidos en su propia casa. Solo mezcle un poco de polvo de limaduras de hierro con un líquido espeso, como el aceite de maíz, y presto: Un fluido MR simple. Sostenga un imán cerca y los fragmentos de hierro se alinearan extremo a extremo, formando un plano rígido que endurece la mezcla. Retire el imán y el fluido nuevamente se ablandará.

Si posee un coche deportivo o un Cadillac, es posible que tenga fluidos MR en sus amortiguadores. La rigidez de los amortiguadores magnéticos puede ser ajustada electrónicamente miles de veces por segundo, garantizando un paseo increíblemente suave. Dispositivos similares pero más poderosos se han instalado en el Museo Nacional de Ciencias Emergentes de Japón y en el puente del Lago Dong Ting en China. Se instalan para contrarrestar las vibraciones causadas por los terremotos y las rachas de viento.

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Arriba: El Puente del Lago Dong Ting en China está equipado con aislantes de movimiento magnetoreológicos para contrarrestar rachas de viento. Imagen cortesía de: Lord Corporation.

Hasta el momento, la atenuación de movimientos es quizás el uso más práctico para la tecnología de MR, pero existe mucho potencial. Gast dice: "Existen posibles aplicaciones que hacen de la tecnología algo verdaderamente emocionante." Por ejemplo, fluido MR circulando en las venas de robots podría algún día animar las manos y extremidades con movimientos semejantes a los humanos. Publicistas podrían utilizar texto magnético en Braile que los lectores ciegos podrían editar. Inclusive podría ser posible la utilización de pacientes sintéticos con órganos MR que se doblan como los verdaderos para entrenamiento de estudiantes de cirugía.

Abajo: La aplicación de un campo magnético (representado por las flechas) a fluidos magnetoreológicos provoca que las partículas en el fluido se alineen en cadenas. Crédito de la imagen: Lord Corporation.

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Hay muchos problemas por resolver antes de que estas cosas sean posibles. ¿Cómo controlar un campo magnético y llevarlo con extrema precisión a cualquier punto en el fluido MR? Los investigadores no están seguros -- pero esa es otra historia. Igualmente importante es la manera como los fluidos MR trabajan internamente. "Necesitamos aprender mucho más de su física fundamental", dice Jack Lekan del Centro de Investigaciones Glenn (Glenn Research Center) de la NASA.

Esta es la meta de un experimento llamado InSPACE, que ahora está en órbita alrededor de la Tierra a bordo de la Estación Espacial Internacional (EEI). Gast desarrolló InSPACE, siglas inglesas de "Investigando la Estructura de Agregados Paramagnéticos de Emulsiones Coloidales", ó "Investigating the Structure of Paramagnetic Aggregates from Colloidal Emulsions", en colaboración con científicos e ingenieros del Centro de Investigaciones Glenn. Gast es el investigador principal; Lekan es el gerente del proyecto.

InSPACE explorará un fenómeno curioso: Cuando algunos fluidos MR de baja densidad son expuestos a campos magnéticos que se alternan rápidamente, sus partículas internas se apelmazan. Después de un tiempo se relajan para formar un patrón de figuras que tienen vagamente formas de peces vistos desde arriba de un tanque. Al ser magnetizados, este tipo de fluidos MR no se contrae como debería.

El patrón tipo tanque de peces es frágil y tarda alrededor de una hora en formarse por completo. No ocurre en fluidos MR que son mezclados y agitados constantemente, como ocurre en la suspensión de un auto, pero podrían resultar problemáticos en otras situaciones.

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Arriba: La estructura de las partículas en un fluido MR cambia gradualmente cuando un campo magnético alterno es aplicado. La figura en el extremo izquierdo muestra un fluido MR después de 1 segundo de exposición a un campo magnético que cambia rápidamente. Las partículas suspendidas forman una red fuerte y fibrosa. Las figuras de la derecha muestran al fluido después de 3 minutos, 15 minutos y 1 hora de exposición. Las partículas han formado grumos que ofrecen poco soporte estructural.

La atracción de la gravedad en la Tierra puede distorsionar el patrón -- una frustración para los científicos que intentan estudiar la física de estos procesos. Por esto es que Gast y sus colegas han enviado sus fluidos MR al espacio. A bordo de la Estación Espacial, los astronautas pueden exponer un fluido sin peso (en caída libre) a pulsos magnéticos para ver qué sucede.

"Los astronautas son una parte integral de nuestro estudio", anota Lekan. Ellos utilizarán la "Caja Guante de Ciencias de la Microgravedad" (Microgravity Science Glovebox), donde está el experimento, para alinear y enfocar las cámaras hacia una zona de 0.2 mm de ancho. Si una burbuja de fluido se interpone en la toma...¡Zap! ellos la pueden remover fácilmente.

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Esta semana, el Oficial Científico de la EEI, Don Pettit, condujo los primeros experimentos con fluidos MR dentro de la caja guante. El proceso de dos horas marcó el comienzo de la investigación InSPACE, que posiblemente continuará en forma intermitente por lo que resta del mes.

Derecha: prototipo de una máquina de lavar MR. [más información]

Entretanto, algunas compañías ya están trabajando con nuevos dispositivos magnetoreológicos. Lord Corporation, de Carolina del Norte, por ejemplo, está diseñando una máquina de lavar MR. Los amortiguadores magnéticos dentro de la máquina ayudarán a disminuir el ruido y las vibraciones -- y ahorrarán energía. También están estudiando tecnologías MR para cinturones de seguridad y bolsas de aire en automóviles. Debido a que los fluidos MR pueden generar grandes fuerzas de forma rápida y flexible, pueden ser usados por los fabricantes de autos para ajustar la fuerza de soporte de un cinturón de seguridad al peso y tamaño del pasajero.

Salvar vidas y hacer máquinas de lavar silenciosas -- y esto es sólo el comienzo. No está mal para unos líquidos grises y grasientos.