La nueva tecnología del MIT para crear materiales que revolucionarán la industria

Según Carlos Portela, los metamateriales serán la clave para una nueva revolución tecnológica y el último invento de su equipo en el MIT es buena prueba de ello: una superficie de carbono impresa más fina que un cabello humano que aguanta impactos supersónicos.

Esta superficie es el resultado de nuevos experimentos de alta velocidad que desbloquearán una nueva era de metamateriales, como señala: "Queremos identificar estructuras resistentes a los impactos que se puedan convertir en revestimientos o paneles para naves espaciales, vehículos, cascos y cualquier cosa que necesite ser ligera y estar protegida".

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Portela, profesor de la beca Brit y Alex d'Arbeloff de Desarrollo Profesional en Ingeniería Mecánica en el MIT, cree que el futuro de los materiales radica en la comprensión y manipulación de su microestructura. El equipo del MIT ha sido pionero en esta clase de sustancias diseñadas siguiendo arquitecturas extremadamente precisas a nivel nanoscópico que las dotan de poderes extraordinarios, propiedades que no se encuentran en sus homólogos naturales.

Como apunta el blog científico Scitechdaily, el estudio recientemente publicado en el prestigioso diario científico revisado por pares PNAS muestra que las pruebas de alta velocidad para probar estos metamateriales son claves y han abierto una nueva vía para comprender cómo pueden absorber y disipar la energía.

Qué han fabricado

Sus experimentos suspenden pequeñas redes de metamateriales candidatos sobre estructuras de soporte microscópicas. A continuación, el equipo lanza micropartículas a los materiales a velocidades que exceden la barrera del sonido, capturando cada impacto con cámaras de alta velocidad que permiten ver las interacciones con una precisión de nanosegundos.

Lo que distingue el trabajo de Portella, Thomas Butruille (primer autor y estudiante de posgrado del MIT) y Joshua Crone, del Laboratorio de Investigación del Ejército DEVCOM, es su enfoque en la prueba sistemática de los metamateriales impresos con diferentes estructuras físicas.

El equipo de investigación demostró que algunas de estas microestructuras no solo son teóricamente interesantes, sino que tienen un grado de resistencia práctica para aplicarlo en todo, incluyendo la protección de naves espaciales contra micrometeoritos o la protección de infantería (de ahí la participación del ejército).

A diferencia de los materiales sólidos de la misma masa que exhibían grandes grietas o se desmoronaban en condiciones similares, estos materiales microestructurados absorben y disipan la energía de manera más eficiente. En particular, los metamateriales con arquitecturas de octeto que se repiten como un panal demostraron una dureza y durabilidad superiores. "A la misma velocidad, vemos que la arquitectura del octeto es más difícil de fracturar, lo que significa que el metamaterial, por unidad de masa, puede soportar impactos hasta el doble que el material a granel", apunta Portela.

Su trabajo de investigación, afirman, marca un importante paso adelante en la búsqueda de materiales extremadamente ligeros con un grado de protección también extremo. Como dice Portela, “el objetivo es crear materiales que no solo sean ligeros, sino también excepcionalmente resistentes a los impactos a varias escalas".

El proceso de prueba rápida es la clave

La investigación del equipo del MIT no solo se limita a la creación de estos metamateriales ultrafinos, sino que se extiende a esas rigurosas pruebas de resistencia. Su sistema libera a los materiales de cualquier sustrato de soporte, lo que les permite realmente probar sus verdaderas capacidades de absorción de impacto.

Esto, aseguran, es crucial porque anteriormente las pruebas que dependen de que el material esté sobre un sustrato adicional influye en el comportamiento, dando una idea incorrecta del verdadero potencial de estos metamateriales.

En su método, cada metamaterial se suspende delicadamente entre dos pilares microscópicos, posicionados estratégicamente para proporcionar soporte sin afectar la respuesta del material al impacto.

Durante las pruebas, los investigadores dispararon micropartículas de vidrio a velocidades de hasta 900 metros por segundo, muy por encima de la velocidad del sonido (343 m/s). Cada colisión se capturó en imágenes de ultra alta velocidad, lo que permitió al equipo analizar los impactos fotograma a fotograma. Después, realizaron un examen detallado bajo un microscopio electrónico para evaluar las consecuencias físicas de cada impacto.

El equipo del MIT planea seguir refinando su método de prueba rápida y análisis para identificar y ampliar nuevos diseños de metamateriales, como apunta Portela: "Lo que más me entusiasma es mostrar que podemos hacer muchos de estos experimentos extremos en una mesa [de laboratorio]. Esto acelerará significativamente la velocidad a la que podemos validar materiales nuevos, de alto rendimiento y resistencia".