Publicado 13/08/2021 12:20CET

La cota de malla inspira un material convertible rígido o flexible

Un material rígido/flexible fabricado a base de octaedros entrelazados
Un material rígido/flexible fabricado a base de octaedros entrelazados - CALTECH

   MADRID, 13 Ago. (EUROPA PRESS) -

   Ingenieros de Caltech han desarrollado un material inspirado en la cota de malla medieval que puede transformarse de un estado plegable similar a un fluido en formas sólidas específicas bajo presión.

   El nuevo material, descrito en la revista Nature, tiene aplicaciones potenciales como una tela inteligente para exoesqueletos, o como un yeso adaptativo que ajusta su rigidez a medida que se cura una lesión, o incluso como un puente desplegable que podría desenrollarse y endurecerse, según Chiara Daraio, profesora de Ingeniería Mecánica y Física Aplicada en Caltech.

   "Queríamos fabricar materiales que pudieran cambiar la rigidez a voluntad", dice Daraio en un comunicado. "Nos gustaría crear una tela que pase de ser suave y plegable a rígida y resistente de una manera controlable". Un ejemplo de la cultura popular sería la capa de Batman de la película Batman Begins de 2005, que generalmente es flexible pero se puede hacer rígida a voluntad cuando el Caped Crusader la necesita como superficie de deslizamiento.

   Los materiales que cambian las propiedades de manera similar ya existen a nuestro alrededor, señala Daraio. "Es el caso del café en una bolsa sellada al vacío. Cuando aún está empacado, es sólido, a través de un proceso que llamamos 'atasco'. Pero tan pronto como abres el paquete, los posos de café ya no están apretujados entre sí y puedes verterlos como si fueran un líquido ", dice.

   Los granos de café y las partículas de arena individuales tienen formas complejas pero desconectadas, y solo pueden atascarse cuando se comprimen. Sin embargo, las hojas de anillos enlazados pueden atascarse bajo compresión y tensión (cuando se juntan o se separan). "Esa es la clave", dice Daraio. "Probamos una serie de partículas para ver cuáles ofrecían tanto flexibilidad como rigidez ajustable, y las que solo se atascaban bajo un tipo de estrés tendían a funcionar mal".

   Para explorar qué materiales funcionarían mejor, Daraio, junto con el ex investigador postdoctoral de Caltech Yifan Wang y el ex estudiante graduado de Caltech Liuchi Li como coautores principales del artículo de Nature, diseñaron una serie de configuraciones de partículas vinculadas, desde enlazar anillos para enlazar cubos para enlazar octaedros (que se asemejan a dos pirámides conectadas en la base).

   Los materiales se imprimieron en 3D a partir de polímeros e incluso metales, con la ayuda de Douglas Hofmann, científico principal de JPL, que Caltech administra para la NASA. Estas configuraciones fueron luego simuladas en una computadora con un modelo del grupo de José E. Andrade, profesor de Ingeniería Civil y Mecánica y experto de Caltech en el modelado de materiales granulares.

   "Los materiales granulares son un hermoso ejemplo de sistemas complejos, donde interacciones simples a escala de grano pueden conducir a un comportamiento complejo estructuralmente. En esta aplicación de correo en cadena, la capacidad de transportar cargas de tracción a escala de grano cambia las reglas del juego. Es como tener una cuerda que pueden soportar cargas compresivas. La capacidad de simular un comportamiento tan complejo abre la puerta a un diseño y rendimiento estructural extraordinarios ", dice Andrade.

   Los ingenieros aplicaron una tensión externa, comprimiendo las telas usando una cámara de vacío o dejando caer un peso para controlar el atasco del material. En un experimento, una tela de cota de malla cerrada al vacío pudo soportar una carga de 1,5 kilogramos, más de 50 veces el peso de la propia tela. Las telas que mostraron las mayores variaciones en las propiedades mecánicas (de flexibles a rígidas) fueron aquellas con un mayor número promedio de contactos entre partículas, como anillos y cuadrados enlazados, similar a la cota de malla medieval.

   "Estos tejidos tienen aplicaciones potenciales en equipos portátiles inteligentes: cuando no se atascan, son livianos, compatibles y cómodos de usar; después de la transición de bloqueo, se convierten en una capa protectora y de apoyo en el cuerpo del usuario", dice Wang, ahora profesor asistente en la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur.

   En el ejemplo de un puente que podría desenrollarse y luego atravesarse, Daraio imagina pasar cables a través del material que luego se aprietan para atascar las partículas. "Piense en estos cables como los cordones de una sudadera con capucha", dice, señalando que ahora está explorando este esquema de cables y otras posibilidades.