Proceso de reparación por microcápsulas cargadas de metal líquido. Fuente: Universidad de Illinois.

Cuando un diminuto circuito, integrado en un chip, se rompe o falla, todo el chip, e incluso todo el dispositivo que contiene al chip, se estropea. ¿Qué pasaría si dicho circuito pudiera arreglarse solo, con tanta rapidez que ni siquiera se note que se ha roto?

Un equipo de investigadores de la Universidad de Illinois, en Estados Unidos, ha aplicado a sistemas eléctricos su experiencia en polímeros autorreparables, para desarrollar una tecnología que podría aumentar la vida útil de los dispositivos electrónicos y de las baterías.

En concreto, los ingenieros han desarrollado un sistema que se autorrepara y que restaura la conductividad eléctrica de un circuito roto, en menos tiempo de lo que dura un parpadeo.

Dirigidos por el ingeniero aeroespacial Scott White, y la ingeniera especializada en ciencias de los materiales, Nancy Sottos, los investigadores han publicado los detalles de su desarrollo en la revista Advanced Materials.

Simplificar los sistemas

Según declaraciones de Jaffrey Moore, otro de los autores del avance, recogidas en un comunicado de la Universidad de Illinois, esta novedosa tecnología simplificará los sistemas electrónicos.

Gracias a ella, en lugar de tener que fabricar en exceso para sustituciones o de tener que fabricar sensores de diagnóstico para controlar el funcionamiento de los circuitos, éstos se podrán reparar los problemas por sí solos, explica Moore.

A medida que los dispositivos electrónicos evolucionan para llevar a cabo tareas cada vez más sofisticadas, la densidad de los chips va en aumento.

Esta mayor densidad da lugar a muchos problemas de fiabilidad, y a fallos como los originados por las temperaturas fluctuantes derivadas de la propia operatividad o de la fatiga de los dispositivos. Cualquier problema en cualquier punto de los circuitos puede acabar con todo el aparato.

De izquierda a derecha: Nancy Sottos, Scott White y Jeffrey Moore, autores del avance. Fuente: Universidad de Illinois.

Las soluciones en estos casos, según Sottos, son muy limitadas: “hay pocas posibilidades de reparación manual. A veces no se puede acceder al interior (de los sistemas). En un circuito integrado multicapas, por ejemplo, no existen aperturas. Normalmente, para repararlo sólo queda reemplazar el chip entero. Lo mismo ocurre con las baterías: habría que destrozarlas para encontrar el origen del fallo”.

Como consecuencia, la mayoría de los dispositivos electrónicos precisan ser sustituidos con cierta frecuencia, lo que da lugar a demasiados desechos electrónicos.

Cómo funciona

Para desarrollar la tecnología de autorreparación, los investigadores de Illinois crearon en primer lugar un sistema de autorreparación de materiales poliméricos, que adaptaron posteriormente a sistemas conductores.

En concreto, los científicos diseminaron pequeñas microcápsulas de un diámetro de tan solo 10 micras (una micra equivale a 0,001 milímetros) sobre un cordón de oro que funcionaba como circuito.

Cuando en este cordón se produjo una grieta, las microcápsulas se rompieron y liberaron un metal líquido contenido en su interior. Este metal se introdujo en la grieta del circuito, reparándolo y permitiendo que en él se restableciera el flujo eléctrico.

Con este método, se consiguió restablecer el 99% de la conductividad original del oro. Este porcentaje de éxito se repitió en un 90% de los casos probados, incluso usando una pequeña cantidad de microcápsulas.

Los científicos explican que estas microcápsulas sólo se abren al ser interceptadas por una grieta, por lo que la reparación se produce únicamente en el lugar que se ha roto, y no por toda la superficie del conductor.

Múltiples ventajas

La principal ventaja de esta tecnología es que no requiere de intervención humana ni de diagnósticos previos. Por esta razón, puede resultar muy útil para la reparación de dispositivos que no pueden abrirse, como las baterías.

Asimismo, también podría servir para aparatos a los que no puede accederse, como los dispositivos presentes en satélites o naves espaciales.

Por otro lado, este sistema de autorreparación es autónomo, algo que resulta fundamental en ciertas condiciones: “En una nave espacial hay miles y miles de cables de conducción. A menudo se desconoce dónde se producen los fallos. El carácter autónomo en este contexto es fantástico: el sistema sabrá lo que se ha roto y dónde, incluso aunque nosotros no lo sepamos”, explica Sottos.

Según White, éste es el primer ejemplo del uso de microcápsulas reparadoras aplicadas a la conductividad. Hasta la fecha, este tipo de microcápsulas había sido utilizado para reparaciones estructurales, pero no para reparación de dispositivos electrónicos. Los resultados demuestran, por tanto, que el concepto puede ser trasladado a otros campos.

Los científicos planean ahora afinar el sistema y explorar otras posibilidades. Particularmente, están interesados en aplicar esta tecnología de autorreparación por microcápsulas a baterías, para mejorar la seguridad y duración de éstas.