"¿Prefieres chocar contra una pared de ladrillo o un colchón?" La pregunta la lanza la Universidad de Ámsterdam (UVA) y aunque pueda sonar extraña, casi a broma, tiene un trasfondo más interesante de lo que parece. En ocasiones es fácil escoger materiales. Otras, no tanto. A los ingenieros y arquitectos les ocurre con frecuencia cuando buscan componentes capaces de ofrecer lo que parece una cuadratura del círculo imposible: materiales flexibles, capaces de absorber vibraciones, pero que al mismo tiempo sean lo suficientemente rígidos como para no colapsar, dos características que no suelen maridar demasiado bien en la naturaleza.
Ante semejante diatriba un equipo de la Universidad de Ámsterdam se ha preguntado… ¿Y si no tuviéramos que escoger? ¿Y si lo tuviéramos todo?
¿Por qué escoger? Esa es más o menos la pregunta que se hicieron David Dykstra y sus colegas de la Universidad de Ámsterdam. Lo habitual es que un material sea rígido o capaz de absorber las vibraciones, dos cualidades que suelen ser excluyentes en la naturaleza para desesperación de los ingenieros, pero… ¿Y si pudiéramos combinar lo mejor de ambos? ¿Sería posible fabricar materiales resistentes, capaces de absorber choques sin problema y además ligeros?
La pregunta es bastante pertinente si se tiene en cuenta, como reconoce la UVA, que un avance así tendría aplicaciones potenciales en campos dispares, un amplio abanico que va desde el diseño a escala nanométrica a la ingeniería aeroespacial.
Pero… ¿Cómo conseguirlo? La pregunta del millón. Tras trabajar en el reto los investigadores de la universidad holandesa han publicado un estudio en 'Advanced Materials' en el que desgranan sus conclusiones sobre la fabricación de materiales especiales capaces de pandearse, es decir, encorvarse por la mitad.
En concreto los investigadores hablan de "metamateriales", etiqueta con la que suele designarse a materiales artificiales con ciertas propiedades inusuales gracias al diseño de su estructura. "Los metamateriales de pandeo allanan el camino hacia la amortiguación de vibraciones extremas sin una penalización de masa o rigidez y, como tales, podrían aplicarse en una multitud de aplicaciones de alta tecnología, incluidas las aeroespaciales, vehículos e instrumentos sensibles", zanja el artículo.
"Descubrimos el truco". La expresión es en este caso de Dykstra, autor principal del ensayo y quien resumía así al blog de la UVA, de forma sencilla y clara, las conclusiones de su investigación: "Descubrimos que el truco consistía en utilizar materiales que se doblan, como finas láminas de metal". "Si se ensamblan de forma inteligente, las construcciones con estas láminas curvadas absorben muy bien las vibraciones, pero al mismo tiempo conservan gran parte de la rigidez del material del que están hechas —abunda—. Además, las láminas no necesitan ser muy gruesas, por lo que el material puede ser relativamente ligero".
¿Cuáles serían sus aplicaciones? Otra de las ideas que subrayan desde la Universidad de Ámsterdam es la enorme versatilidad de un material rígido y capaz al mismo tiempo de disipar vibraciones. "Los nuevos metamateriales fabricados en el laboratorio tienen un amplio abanico de usos potenciales, y a diversas escalas", recalcan. A modo de ejemplo citan desde usos en escala de un metro, como los aeroespaciales, en la industria de la automoción o diseños para usos civiles, a la microescala que permitiría aplicarlo a fines microscópicos o nanolitrografía.
"A los humanos nos gusta construir cosas, pequeñas y grandes, y casi siempre queremos que sean ligeras. Si esto se logra con materiales rígidos y que absorban bien los impactos se pueden mejorar muchos diseños existentes y hacer posibles muchos nuevos. Las posibilidades de aplicación son infinitas", anota Dykstra. Para demostrarlo, el equipo ha divulgado dos vídeos con las respuestas de metamaterial de caucho o metálico cuando se someten a diferentes movimientos.
Muestra de metamaterial de caucho durante un experimento, con un peso en la parte superior.
¿Son los primeros en probarlo? El equipo de la UVA no es el primero en experimentar con metamateriales, concepto que se usa desde hace ya tiempo y con el que se suele identificar a materiales con propiedades —como cualidades ópticas o electromagnéticas, por ejemplo— que no suelen aparecer de forma espontánea en la naturaleza. En 2013 por ejemplo el CSIC presentó uno basado en silicio.
Tampoco son los primeros en buscar la "cuadratura del círculo" y combinar flexibilidad y rigidez. Hace unos años un equipo de Caltech, el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA y la Universidad Tecnológica de Snanyang, de Singapur, presentaron por ejemplo un tejido con propiedades asombrosas, dúctil, flexible, pero que se vuelve rígido como un metal bajo ciertos estímulos. Otros avances han logrado un metal capaz de aumentar su rigidez al calentarse.
Imágenes: University of Amsterdam
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