El nuevo metamaterial blando que podría revolucionar los dispositivos médicos implantables e ingeribles
Un equipo biomédico de la Universidad Rice ha creado un metamaterial blando, magnético y multestable que puede cambiar de forma a distancia y mantenerse estable sin energía. Un avance que abre la puerta a cápsulas inteligentes, implantes dinámicos y robots blandos capaces de transformar la medicina desde dentro del cuerpo.
Por Enrique Coperías
El nuevo metamaterial diseñado por Kong y su equipo en la Universidad Rice puede controlarse de forma remota para transformar rápidamente su tamaño y forma. Fotos y vídeo: Jorge Vidal/Universidad Rice
En los últimos años, la frontera entre la ciencia de materiales y la biomedicina se ha difuminado hasta límites impensables. Desde los robots blandos inspirados en pulpos hasta cápsulas ingeribles capaces de desplegarse dentro del estómago, la ingeniería de materiales flexibles y programables se ha convertido en un terreno fértil para la innovación.
Ahora, un grupo de investigadores de la Universidad Rice, en Houston, junto con colaboradores de la Universidad de Utah, ha presentado en la revista Science Advances un desarrollo que podría marcar un antes y un después en este campo: un metamaterial blando, magnético y multestable capaz de cambiar de forma a distancia y mantener su configuración sin necesidad de energía externa.
La promesa es ambiciosa. Como botón, una muestra:
✅ Dispositivos médicos implantables o ingeribles que se transforman según la necesidad del paciente.
✅ Robots blandos capaces de operar en entornos hostiles.
✅ Sistemas de administración de fármacos que se despliegan en el lugar y momento precisos.
Y todo ello con una ventaja fundamental: la seguridad de trabajar con un material suave, flexible y biocompatible, muy distinto de los rígidos metales y plásticos que dominan la ingeniería médica tradicional.
El reto de la estabilidad sin energía en dispositivos médicos
Hasta ahora, los avances en robots blandos y dispositivos médicos magnetoactuados se enfrentaban a un problema estructural: la falta de estabilidad. Era posible diseñar estructuras que cambiaran de forma bajo la acción de un campo magnético, pero mantener esa nueva configuración requería mantener el campo activado, con el consiguiente consumo energético y la dependencia de un entorno controlado.
En el interior del cuerpo humano, donde las condiciones son cambiantes e impredecibles, esa limitación suponía un obstáculo difícil de salvar.
El equipo liderado por Yong Lin Kong, del Rice Advanced Materials Institute, ha abordado este desafío con una idea sencilla y poderosa: introducir geometrías multiestables en un material blando completamente hecho de silicona con micropartículas magnéticas. En otras palabras, han creado una arquitectura que, como un clic-clac de un bolígrafo, puede alternar entre estados estables sin necesitar energía constante para mantenerse en ellos.
«Programamos la multiestabilidad, es decir, la capacidad de existir en múltiples estados estables, en la estructura blanda incorporando características geométricas como segmentos de soporte trapezoidales y vigas reforzadas —explica Kong. Y añade—: Estos elementos crean una barrera de energía que bloquea la estructura en su nueva forma incluso después de que se elimine la fuerza de actuación externa».
La clave reside en el diseño de una celda unitaria formada por vigas inclinadas y segmentos de soporte, cuya disposición crea barreras de energía programables. Una vez que la estructura se transforma, queda bloqueada en su nueva forma hasta que se aplica otra señal magnética. De este modo, los dispositivos fabricados con este metamaterial no solo responden a órdenes externas, sino que también resisten presiones, temperaturas y esfuerzos muy superiores a los que se encuentran en el cuerpo humano.
Un material blando que se comporta como duro
La paradoja de este avance es que un material blando se comporta, en cierto modo, como si fuera rígido. Al estar compuesto íntegramente de silicona, el metamaterial evita los problemas de los diseños híbridos, con partes blandas y rígidas, que, aunque más estables, suelen causar concentraciones de estrés y riesgos de daño tisular cuando se implantan en el organismo.
La elección de un material elástico no es casual: minimiza la fricción con los tejidos, reduce el riesgo de inflamación y aumenta la durabilidad del dispositivo.
Sin embargo, la blandura de la silicona no significa fragilidad. Los ensayos del equipo muestran que el metamaterial puede soportar cargas de hasta 10 veces su propio peso, resistir chorros de agua y corrientes de aire, sobrevivir a impactos bruscos, estirarse hasta un 175% de su altura original e incluso mantener su funcionalidad tras haber sido expuesto durante una semana a fluidos gástricos simulados.
Sorprendentemente, también resistió quince segundos envuelto en llamas, tras lo cual bastó con reprogramar el magnetismo de sus micropartículas para recuperar su capacidad de transformación.
Este catálogo de pruebas extremas, poco habitual en materiales blandos, apunta a un potencial inmenso para aplicaciones en entornos dinámicos, impredecibles o directamente hostiles, como el interior del cuerpo humano.
El nuevo metamaterial de la Universidad de Rice resistió incluso quince segundos envuelto en llamas, tras lo cual bastó con reprogramar el magnetismo de sus micropartículas para recuperar su capacidad de transformación.
Programar la forma con imanes
El metamaterial de Rice no solo es robusto: es también programable. Mediante variaciones en el grosor, el ángulo y el refuerzo de sus vigas internas, los investigadores pueden ajustar la fuerza necesaria para pasar de un estado a otro. Eso significa que distintas partes de un mismo dispositivo pueden responder de manera selectiva a un mismo campo magnético, permitiendo transformaciones secuenciales o diferenciales.
En la práctica, esto abre la puerta a diseños de cápsulas ingeribles que se expandan por etapas dentro del estómago, válvulas implantables que se abran solo en condiciones específicas o robots blandos que cambien de forma según la intensidad del campo aplicado.
En las pruebas, los prototipos fueron capaces de contraerse o expandirse en menos de 0,15 segundos, lo que sugiere una velocidad de respuesta comparable a la de muchos mecanismos mecánicos rígidos.
Beneficios médicos de un material blando y seguro
Las posibles aplicaciones biomédicas de este avance son variadas y espectaculares.
✅ Una de las más directas es la de los dispositivos ingeribles, como las cápsulas que se despliegan en el estómago para tratar la obesidad o administrar fármacos durante largos periodos. Al ser blandos y multiestables, estos nuevos metamateriales podrían permanecer desplegados durante días o semanas sin riesgo de dañar la mucosa gástrica, y retirarse de forma controlada con una señal magnética.
✅ Otra posibilidad es la de implantes dinámicos, desde stents, que se adaptan a los cambios de presión en los vasos sanguíneos, hasta bombas peristálticas capaces de mover fluidos dentro del organismo sin necesidad de baterías internas. En las pruebas de laboratorio, los investigadores demostraron un prototipo de bomba blanda que mantenía el flujo detenido incluso contra presiones equivalentes a una columna de agua de casi dos metros, algo impensable en diseños anteriores.
✅ En el ámbito de la robótica, la capacidad de mantener configuraciones sin energía externa y de resistir condiciones extremas convierte a estos metamateriales en candidatos ideales para construir robots blandos exploradores, antenas reconfigurables o sistemas desplegables de bajo coste y alta durabilidad.
«El metamaterial hace posible controlar de forma remota el tamaño y la forma de los dispositivos dentro del cuerpo —dice Kong—. Y añade—: Esto podría habilitar capacidades que salvan vidas, como controlar con precisión dónde permanece un dispositivo, administrar medicación en el lugar necesario o aplicar fuerzas mecánicas dirigidas en lo profundo del organismo».
Pruebas extremas: estabilidad en condiciones hostiles
El artículo de Science Advances dedica un apartado completo a demostrar la robustez ambiental de los prototipos. Los metamateriales conservaron su capacidad de transformación en un rango de temperaturas que va desde los −20 °C hasta los 100 °C, muy por encima de las condiciones fisiológicas. Resistieron también chorros de agua, vórtices líquidos y corrientes de aire que simulaban entornos turbulentos.
Más sorprendente aún es su comportamiento tras sufrir daños: incluso después de un impacto equivalente a dejar caer un bloque de ocho kilos desde metro y medio, la estructura siguió transformándose correctamente, con apenas una reducción en sus barreras de energía.
En términos prácticos, esto significa que un dispositivo fabricado con este material podría sobrevivir a golpes, aplastamientos o deformaciones accidentales sin perder funcionalidad, una cualidad esencial para su uso en medicina.
Futuro y desafíos en la medicina con metamateriales
Aunque los resultados son impresionantes, todavía queda un largo camino antes de que estos metamateriales se conviertan en dispositivos médicos reales. El estudio se ha realizado en condiciones de laboratorio y con prototipos relativamente grandes, fabricados por moldeo de silicona.
Para aplicaciones clínicas será necesario miniaturizar los diseños, desarrollar técnicas de fabricación más precisas, como la impresión 3D a microescala, y garantizar la seguridad a largo plazo de las micropartículas magnéticas en el organismo.
No obstante, los investigadores subrayan que su enfoque es intrínsecamente escalable: las leyes físicas que gobiernan la estabilidad de las celdas unitarias se mantienen al reducir el tamaño, y la silicona ya se emplea de forma rutinaria en dispositivos médicos aprobados. Además, el hecho de que el metamaterial funcione tras exposición prolongada a fluidos gástricos apunta a una compatibilidad prometedora para las primeras aplicaciones ingeribles.
De izquierda a derecha, Jian Teng, Yong Lin Kong y Brian Elder. Cortesía: Jorge Vidal / Rice University
Colaboración de Rice y Utah en ciencia de materiales
El equipo responsable de este avance está encabezado por Taylor E. Greenwood y Yong Lin Kong, de la Universidad Rice, junto con colaboradores de la Universidad de Utah. Su enfoque interdisciplinar combina ingeniería mecánica, ciencia de materiales y biomedicina. No es casualidad: Kong y Greenwood figuran también como inventores en una patente en trámite sobre este tipo de metamateriales, lo que indica que ya piensan en aplicaciones comerciales.
«El metamaterial que hemos desarrollado lo estamos aprovechando ahora para diseñar sistemas ingeribles que algún día podrían tratar la obesidad en humanos o mejorar la salud de los mamíferos marinos —adelanta Kong en un comunicado de la Rice. Y continúa—: Y estamos colaborando con cirujanos del Texas Medical Center para crear sistemas inalámbricos de control de fluidos que aborden necesidades clínicas aún no resueltas».
El trabajo ha recibido financiación de los Institutos Nacionales de Salud de Estados Unidos, la Oficina de Investigación Naval y la Fundación Nacional de Ciencia, lo que refleja tanto su potencial biomédico como sus posibles usos en tecnologías militares o de exploración.
Una revolución blanda en la tecnología médica
En la historia de la tecnología médica, los grandes saltos suelen producirse cuando un nuevo material desbloquea soluciones antes imposibles. Ocurrió con los polímeros biocompatibles, con los metales con memoria de forma y con las cerámicas bioactivas. El metamaterial blando y multestable desarrollado en Rice podría unirse a esa lista, al ofrecer una plataforma versátil, segura y programable para la próxima generación de dispositivos implantables e ingeribles.
La idea de que una cápsula pueda expandirse dentro del estómago y permanecer estable sin energía, que una bomba blanda pueda mover fluidos en el cuerpo sin necesidad de motores rígidos, o que un robot pueda sobrevivir a golpes y temperaturas extremas, ya no pertenece solo a la ciencia ficción.
No cabe duda de que con cada clic-clac de este nuevo material, se abre la puerta a un futuro en el que la medicina será un poco más blanda, más segura y más adaptable a los caprichos de la vida real. ▪️
Preguntas & Respuetas: metamateriales en medicina
👩⚕️ ¿Qué es un metamaterial blando?
Un metamaterial blando es un material sintético diseñado con estructuras internas específicas que le confieren propiedades inusuales, como cambiar de forma o tamaño de manera controlada, manteniendo siempre la flexibilidad y biocompatibilidad necesarias para aplicaciones médicas.
👩⚕️ ¿Qué significa que sea multestable?
Significa que el material puede adoptar varias configuraciones estables diferentes sin necesidad de energía constante. Una vez que cambia de forma, se mantiene en esa posición hasta que una señal externa lo modifica de nuevo.
👩⚕️ ¿Quién ha desarrollado este metamaterial?
El metamaterial ha sido creado por un equipo de investigadores de la Universidad Rice, en Houston, liderado por Yong Lin Kong, con la colaboración de la Universidad de Utah.
👩⚕️ ¿Qué aplicaciones médicas podría tener?
Entre las aplicaciones más prometedoras están las cápsulas ingeribles para tratar la obesidad o administrar medicamentos, los implantes dinámicos que se adaptan al cuerpo, y los robots blandos capaces de operar en entornos internos complejos.
👩⚕️ ¿Por qué es importante para la medicina?
Porque ofrece una alternativa más segura y adaptable frente a materiales rígidos, reduciendo riesgos de lesiones, inflamación o daño tisular en dispositivos médicos implantables e ingeribles.
👩⚕️ ¿Qué pruebas de resistencia ha superado el material?
El metamaterial soporta temperaturas extremas, exposición a fluidos gástricos, impactos y cargas muy superiores a su peso, manteniendo su funcionalidad incluso en condiciones hostiles.
👩⚕️ ¿Qué pasos faltan antes de usarse en pacientes?
Será necesario miniaturizar los diseños, probar su seguridad a largo plazo y validar su eficacia en estudios clínicos antes de llegar a aplicaciones médicas reales.
Información facilitada por la Universidad Rice
Fuente: Taylor E. Greenwood et al. Soft multistable magnetic-responsive metamaterials. Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adu3749
