El nuevo material 'milagroso' que puede salvar la cabeza de Travis Kelce

La semana que viene será la Super Bowl LVIII, un evento que aquí nos da absolutamente igual pero que a Robert MacCurdy y su equipo de la Universidad de Colorado Boulder y el Sandia National Laboratory sí les importa. No por el partido en sí —o por Taylor Swift— sino por el gran problema de traumas craneoencefálicos que sufre la liga nacional de fútbol americano (NFL). Por eso han creado un metamaterial extraordinario —un material sintético diseñado para tener capacidades que la materia en crudo no tiene— capaz de aumentar la protección de los cascos de fútbol o cualquier otro deporte en un 25% respecto a las protecciones actuales. De hecho, puede proteger a cualquiera en cualquier entorno, desde la construcción hasta los automóviles.

Eso puede significar la diferencia entre la vida y la muerte en muchos accidentes. O la diferencia entre que tu cerebro deje de funcionar correctamente o que siga como siempre. De hecho, como apunta MacCurdy en una entrevista por correo electrónico, el material puede ayudar a proteger la integridad física de cualquiera, incluyendo la de conductores de coche en carretera si se emplea en guardarrailes y hasta para proteger mejor objetos frágiles durante su transporte.

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En un estudio recién publicado en la revista científica Tecnologías de materiales avanzados, el equipo de MacCurdy describe cómo su metamaterial puede evitar las limitaciones de las espumas protectoras tradicionales, con un aumento del 25% en la absorción de impactos que proviene del diseño 3D extrañamente rizado conseguido con inteligencia artificial y la impresión en 3D. Mientras que una espuma típica puede absorber la fuerza de un impacto, me cuenta MacCurdy, llega a un punto en el que se comprime tanto que se convierte en un sólido rígido, lo que elimina su factor de protección. Pero su metamaterial convierte la espuma en una ‘superespuma’ que puede absorber mucha más fuerza que la normal.

El gran problema de las contusiones

Esto es vital para los traumas en el cerebro, un gran problema en cualquier tipo de accidente. En la NFL, especialmente, el número total de conmociones cerebrales en 2023 fue 219, frente a 213 en 2022.

Aunque la NFL intenta minimizarlo, la encefalopatía traumática crónica (CTE en sus siglas en inglés) producto de golpes repetidos es un problema muy real en ese deporte, tanto a nivel profesional como universitario. Según un estudio de la Universidad de Boston de 2017, el 99% de los cerebros de los jugadores de la NFL analizados padecían diversas etapas de CTE. Esa estadística bajaba al 64% de los jugadores semiprofesionales, al 91% en los jugadores de fútbol americano universitario y a un 21% de los jugadores de fútbol americano que juegan en el instituto.

Pero si MacCurdy, profesor asistente en el Paul M. Rady Departamento de Ingeniería Mecánica en CU Boulder—se sale con la suya, esas estadísticas pueden disminuir drásticamente si el metamaterial llega a los equipos deportivos en cascos de fútbol americano pero también cascos para ciclistas, rodilleras o coderas. Cualquier tipo de protección se puede beneficiar de la existencia de este metamaterial, afectando a cualquier campo que requiera una mejor absorción de impactos.

La IA al rescate una vez más

Esa forma extrañamente biológica es producto de un diseño iterativo ayudado por modelos de inteligencia artificial creados por su equipo de investigación. MacCurdy explica que primero usaron un software llamado Abaqus para simular cómo diferentes formas geométricas repetitivas pueden afectar a la capacidad de la espuma para absorber más o menos fuerza.

Luego probaron estos prototipos impresos en la vida real para ver cómo funcionaban, lo que les sirvió para desarrollar un modelo que podía predecir el factor de protección de varios diseños generados con IA.

A la IA se le ocurrió una forma que imitaba la estructura de los fuelles de acordeón dispuestos en una escala de un milímetro o menos. Esto es lo que permite que el metamaterial colapse de manera controlada para absorber las fuerzas de manera eficiente.

El equipo imprimió el resultado final en 3D usando poliuretano termoplástico y una impresora estándar. Para aplicaciones deportivas, la espuma es ideal debido a su peso ligero pero este metamaterial también funciona con cualquier materia prima en otro tipo de aplicaciones. Es la geometría del diseño la que le da incrementa la protección el 25%, no el material. Para el embalaje o las barreras de las carreteras puedes obtener exactamente este mismo "superpoder" utilizando plásticos o metales como el aluminio.

Éxito inicial

Para probar las diferentes formas, las compararon con amortiguadores de impacto existentes. “Simulamos choques diferentes en una variedad de velocidades y masas de impacto. Esto es fundamental, afirma, porque en el mundo real nunca se sabe con exactitud la masa de impacto y la velocidad que encontrará, a priori”. Su prueba mostró un aumento radical en el rendimiento con su nuevo metamaterial, que es lo que muestran en el artículo.

MacCurdy apunta que los experimentos en el laboratorio se realizaron utilizando muestras a pequeña escala en escenarios de prueba específicos y controlados. Aunque sus números indican cómo este metamaterial absorbe las fuerzas de impacto, nunca los han implementado en un casco o rodillera real utilizando maniquíes de prueba. Los resultados de su investigación son muy importantes desde el punto de vista científico, afirma, pero no quiere exagerar su alcance hasta que no lo pongan en práctica.

Taylor Swift debería financiarlo.

Ése es el siguiente paso: la fabricación a gran escala y las pruebas en entornos reales. El proyecto para llevarlo al mundo real ocupará unos dos años, asegura, después de lo cual tendrían datos que respalden la eficacia en aplicaciones específicas como en la NFL o el ciclismo. “Espero conseguir financiación para trabajar más en aplicaciones que sin duda requerirán aplicaciones de mayor escala y más específicas, como cascos y otras protecciones”, describe.

Cuando en broma le dije a MacCurdy que Taylor Swift debería financiar la investigación —es novia de una de las estrellas de la Super Bowl— para sacar esto del laboratorio y ponerlo en la línea de producción, se rió y respondió: "¡Estoy totalmente de acuerdo, Taylor Swift debería financiarlo!". Así que ahí lo tienes, Taylor. Este genial metamaterial puede proteger algún día el cerebro y los huesos de Travis Kelce y de cientos de millones de deportistas, niños y trabajadores de todo el planeta.