Un equipo de investigadores de la Universidad de Massachusetts Amherst anunció recientemente en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias que habían diseñado una nueva sustancia sólida similar al caucho que tiene cualidades sorprendentes.
por la Universidad de Massachusetts Amherst
Puede absorber y liberar cantidades muy grandes de energía. Y es programable. En conjunto, este nuevo material es muy prometedor para una amplia gama de aplicaciones, desde permitir que los robots tengan más potencia sin usar energía adicional, hasta nuevos cascos y materiales de protección que pueden disipar la energía mucho más rápido.
«Imagínese una banda elástica», dice Alfred Crosby, profesor de ciencia e ingeniería de polímeros en UMass Amherst y autor principal del artículo. «Lo tiras hacia atrás, y cuando lo sueltas, vuela por la habitación. Ahora imagina una súper banda elástica. Cuando la estiras más allá de cierto punto, activas energía adicional almacenada en el material. Cuando sueltas esta banda elástica. anda, vuela una milla».
Esta banda de goma hipotética está hecha de un nuevo metamaterial, una sustancia diseñada para tener una propiedad que no se encuentra en los materiales naturales, que combina una sustancia elástica similar al caucho con pequeños imanes incrustados en ella. Este nuevo material «elasto-magnético» aprovecha una propiedad física conocida como cambio de fase para amplificar en gran medida la cantidad de energía que el material puede liberar o absorber.
Un cambio de fase ocurre cuando un material pasa de un estado a otro: piense en el agua que se convierte en vapor o en el concreto líquido que se endurece en una acera. Cada vez que un material cambia de fase, se libera o se absorbe energía. Y los cambios de fase no se limitan solo a los cambios entre los estados líquido, sólido y gaseoso: puede ocurrir un cambio de una fase sólida a otra. Un cambio de fase que libera energía se puede aprovechar como fuente de energía, pero obtener suficiente energía siempre ha sido la parte difícil.
«Para amplificar la liberación o la absorción de energía , debe diseñar una nueva estructura a nivel molecular o incluso atómico «, dice Crosby. Sin embargo, esto es difícil de hacer y aún más difícil de hacer de una manera predecible. Pero al usar metamateriales, Crosby dice que «hemos superado estos desafíos y no solo hemos creado nuevos materiales, sino que también hemos desarrollado los algoritmos de diseño que permiten programar estos materiales con respuestas específicas, haciéndolos predecibles».
El equipo se inspiró en algunas de las respuestas rápidas como el rayo que se ven en la naturaleza: el cierre rápido de las trampas para moscas de Venus y las hormigas de mandíbula trampa. «Llevamos esto al siguiente nivel», dice Xudong Liang, autor principal del artículo, actualmente profesor en el Instituto de Tecnología de Harbin, Shenzhen (HITSZ) en China, quien completó esta investigación mientras realizaba un posdoctorado en UMass Amherst. «Al incrustar diminutos imanes en el material elástico, podemos controlar las transiciones de fase de este metamaterial. Y debido a que el cambio de fase es predecible y repetible, podemos diseñar el metamaterial para que haga exactamente lo que queremos que haga: absorber la energía de un gran impacto, o liberando grandes cantidades de energía para un movimiento explosivo».
Esta investigación, que contó con el apoyo del Laboratorio de Investigación del Ejército de los EE. UU. y la Oficina de Investigación del Ejército de los EE. UU., así como del Instituto de Tecnología de Harbin, Shenzhen (HITSZ), tiene aplicaciones en cualquier escenario en el que se necesiten impactos de gran fuerza o respuestas ultrarrápidas.
