Inspirados en las sorprendentemente fuertes y rígidas estructuras de las esponjas de aguas profundas, investigadores de la Universidad RMIT han desarrollado un nuevo diseño de celosía para crear materiales significativamente más resistentes. Estas esponjas poseen una propiedad única llamada “auxeticidad”, lo que significa que se vuelven más densas cuando se estiran y más delgadas cuando se comprimen – una característica que les permite absorber y distribuir la energía de manera efectiva.
Las esponjas de aguas profundas poseen un secreto notable: sus estructuras aparentemente delicadas y similares a enrejados son sorprendentemente rígidas y fuertes. Este fenómeno natural ha cautivado a los investigadores de la Universidad RMIT de Australia, lo que les ha llevado a desarrollar una novedosa estructura de enrejado bioinspirada (SEB) con el objetivo de crear materiales significativamente más fuertes y duraderos, particularmente para fines de construcción. La inspiración proviene de la observación de las propiedades únicas de una especie de esponja específica, la cesta de flores de Venus, que exhibe una combinación extraordinaria de resistencia y una característica rara conocida como comportamiento auxético.
La clave de esta resistencia radica en la estructura de doble enrejado de la esponja. A diferencia de la mayoría de los materiales que se adelgazan cuando se estiran o se engrosan cuando se comprimen, los materiales auxéticos se comportan de manera opuesta. Como explica la Dra. Jiaming Ma, autora del artículo, “Mientras que la mayoría de los materiales se adelgazan cuando se estiran o se hacen más gruesos cuando se aplastan, como el caucho, los auxéticos hacen lo contrario”. Este comportamiento inusual permite que los materiales auxéticos absorban y distribuyan eficazmente la energía de impacto, lo que los hace excepcionalmente útiles en diversas aplicaciones. El equipo de RMIT reconoció el potencial de imitar esta estructura para mejorar el rendimiento de los materiales.
La investigación se centró en replicar el diseño de doble enrejado que se encuentra en la cesta de flores de Venus. A través de pruebas y análisis rigurosos, el equipo descubrió que combinar enrejados en una estructura similar a la esponja de aguas profundas mejora drásticamente la capacidad de un material para resistir el estrés y absorber energía. Esto conduce a una mejora significativa en la durabilidad general. Los resultados fueron convincentes, demostrando una ventaja sustancial sobre los materiales y diseños existentes.
Cuantitativamente, el diseño de la SEB muestra mejoras notables en comparación con los materiales auxéticos existentes. Según la investigación, el uso de la SEB proporciona 13 veces más rigidez que los materiales auxéticos actualmente disponibles, como los utilizados en los stents cardíacos. Además, absorbe un 10% más de energía y exhibe un rango de deformación un 60% mayor. Este mayor rango de deformación es particularmente importante, ya que indica la capacidad del material para deformarse considerablemente antes de alcanzar su punto de ruptura, mejorando su resistencia general.
Para validar su diseño, los investigadores emplearon la tecnología de impresión 3D, creando una muestra de la SEB utilizando poliuretano termoplástico (TPU 95A). Esta fase inicial de pruebas demostró la viabilidad y el potencial del diseño. Sin embargo, el equipo ahora se centra en producir versiones de acero de la SEB, específicamente diseñadas para su integración con el hormigón en aplicaciones de construcción. Este cambio de material tiene como objetivo aprovechar la resistencia y la durabilidad del acero al tiempo que conserva las propiedades auxéticas únicas conferidas por la estructura de enrejado.
Los beneficios potenciales de este diseño bioinspirado se extienden más allá de la construcción. Los investigadores destacan la posibilidad de utilizar la SEB en una variedad de otros campos. “Estamos desarrollando un material de construcción más sostenible utilizando nuestra combinación única de auxeticidad, rigidez y absorción de energía excepcionales para reducir el uso de acero y cemento en la construcción”, declaró Ma. Más allá de la sostenibilidad, las características auxéticas y de absorción de energía de la SEB también podrían desempeñar un papel crucial en la mitigación de las vibraciones durante los eventos sísmicos, mejorando potencialmente la seguridad y la resiliencia de los edificios en regiones propensas a terremotos.
Finalmente, la versatilidad del diseño de la SEB sugiere su idoneidad para aplicaciones que requieren materiales ligeros pero robustos. El equipo prevé su uso en equipos deportivos de protección, ofreciendo una protección de impacto mejorada sin añadir peso excesivo. Además, las propiedades únicas de la SEB podrían ser invaluables en el desarrollo de productos médicos avanzados, donde la resistencia, la flexibilidad y la biocompatibilidad son primordiales. La investigación representa un paso significativo hacia el aprovechamiento de la inteligencia de la naturaleza para crear materiales innovadores y sostenibles para una amplia gama de aplicaciones.
Inspirados en las esponjas de aguas profundas, investigadores de RMIT han creado una estructura de celosía bioinspirada (ECB) que ofrece una notable rigidez, absorción de energía y propiedades auxéticas, con el potencial de revolucionar la construcción, el equipo de protección y los dispositivos médicos al reducir el uso de materiales y mejorar la durabilidad. ¿Podría esta innovación inspirada en las esponjas remodelar nuestro entorno construido y más allá?
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