Rigidez extrema pero con flexibilidad para no quebrarse, un nuevo y asombroso material

Unos ingenieros han creado un nuevo y exótico material, inspirado en las esponjas marinas, que posee una rigidez y una resistencia ante la compresión verdaderamente remarcables. Con materiales de esta clase, se podría mejorar sustancialmente la robustez de estructuras arquitectónicas, armazones de vehículos y estructuras de soporte de otros tipos.

El diseño de doble celosía que han creado estos ingenieros se inspira en el intrincado esqueleto de una esponja de aguas profundas, que vive en el océano Pacífico.

El nuevo material es obra de un equipo encabezado por Jiaming Ma, del Centro de Estructuras y Materiales Innovadores, en la Universidad RMIT de Melbourne en Australia.

Las pruebas exhaustivas a las que fue sometido el nuevo material en sus sucesivas versiones mejoradas revelaron su rigidez y resistencia impresionantes, así como una asombrosa capacidad para readaptarse (conducta auxética) cuando la tensión ya no puede ser soportada.

Gracias a estas características, el nuevo material tiene ante sí un amplio abanico de posibles aplicaciones.

El nuevo material puede absorber y distribuir la energía de impacto con suma eficiencia. Esta misma característica la poseen algunas estructuras naturales portentosas como los tendones así como la piel de los gatos, que entran dentro de la categoría de los así llamados materiales auxéticos. Algunos materiales artificiales con esta propiedad se emplean para fabricar stents (pequeños tubos implantables para reparación arterial, que pueden expandirse y contraerse según las necesidades de cada momento).

Sin embargo, los materiales que solo poseen esta última propiedad, típicamente tienen una baja rigidez y una capacidad muy modesta para manejar adecuadamente la energía mecánica recibida.

El diseño de doble celosía creado por el equipo de Jiaming Ma, inspirado en la naturaleza, es revolucionario porque supera estos importantes obstáculos.

Cada celosía por sí sola tiene un comportamiento de deformación tradicional, pero si se combinan como hace la naturaleza en el cuerpo de la esponja marina, entonces el conjunto mantiene su forma y supera en ese aspecto a materiales similares por un margen bastante significativo.

La estructura de la izquierda es la clave de las excelentes cualidades del nuevo material, superando en prestaciones al diseño estructural de la derecha, más convencional. (Foto: RMIT University)

Los experimentos realizados hasta ahora demuestran que, con la misma cantidad de material utilizado, la nueva celosía doble es 13 veces más rígida que otros materiales comparables, que se basan a menudo en diseños que recuerdan a un panal de abejas.

Como materia prima para las versiones de prueba del nuevo material se ha empleado un plástico, poliuretano. El siguiente paso en esta línea de investigación y desarrollo será reemplazar el poliuretano por acero.

Jiaming Ma y sus colegas exponen los detalles técnicos de su nueva clase de material en la revista académica Composite Structures, bajo el título “Auxetic behavior and energy absorption characteristics of a lattice structure inspired by deep-sea sponge”. (Fuente: NCYT de Amazings)