Científicos crean metamaterial inspirado en las propiedades naturales de un nenúfar

La ciencia ha desarrollado un nuevo material artificial a base de polvo de titanio que es más ligero, resistente y fuerte que otros similares. Los científicos que los desarrollaron aseguran que un material así podría dar lugar a una nueva generación de naves espaciales, e incluso, dispositivos médicos más duraderos y autos menos pesados.

Los metamateriales son materiales modificado de manera artificial, los investigadores pueden usar metales, plásticos u otros elementos para modificar su estructura. Este nuevo metamaterial descubierto por un equipo de la universidad australiana RMIT, está inspirado las propiedades naturales del nenúfar Victoria, nativo de Sudamérica.

El neúfar es una enorme hoja flotante con una estructura ligera, originaria de América del Sur, esta gigantesca hoja flotante es lo suficientemente fuerte como para sostener a un adulto debido a la estructura reticular única de sus venas. Los investigadores han conseguido replicar las estructuras intrincadas y sorprendentemente fuertes del nenúfar con una aleación de titanio común. Esta investigación fue publicada por la revista Advanced Materials.

El equipo asegura que el primer paso para conseguirlo consistió en diseñar un modelo digital del metamaterial. El grupo de investigación dirigido por Ma Qian, profesor del Centro de Fabricación Aditiva de RMIT, utilizó un proceso de impresión 3D llamado “fusión de lecho de polvo láser” para fabricar los metamateriales de titanio. Esta técnica, que construye un material capa por capa utilizando un rayo láser de alta potencia, se usa comúnmente para preparar piezas de fabricación complejas desde menos de un milímetro hasta casi dos metros de tamaño.

Qian explicó el enfoque de su equipo. “En primer lugar, toda la muestra de metamaterial reticular se diseña como un modelo digital. Luego, este modelo se corta digitalmente en muchas capas delgadas utilizando una herramienta de software”.

“Este proceso de fabricación basado en capas implica la fusión por láser de polvos metálicos, la rápida solidificación del metal líquido (los polvos metálicos fundidos) y procesos repetidos de calentamiento y enfriamiento del metal solidificado”, explicó.

Qian dice que actualmente todo el proceso lleva alrededor de 18 horas, pero mediante la optimización, él y su equipo planean acortar el plazo en el futuro.

¿Qué hace que el material sea tan fuerte?

Puntales huecos y placas delgadas son las dos topologías responsables de la alta resistencia del metamaterial. A diferencia de la mayoría de los materiales celulares, que contienen puntos débiles donde se concentra la tensión, estas dos redes complementarias distribuyen uniformemente la tensión a la vez que brindan soporte.

“Lo ideal es que la tensión en todos los materiales celulares se distribuya uniformemente”, explicó Qian.

Antes de comercializar el material, Qian y su equipo primero quieren asegurarse de que el material funcione con su máxima eficiencia.

Infinidad de aplicaciones prácticas

Este metamaterial en un candidato ideal para la fabricación de estructuras espaciales como cohetes y naves espaciales, ya que es capaz de soportar cargas más pesadas que los materiales tradicionales. A su vez, su ligereza reduce la masa total del vehículo espacial, lo que se traduce en un mayor ahorro de combustible y un mejor rendimiento.

También tiene uso en otras aplicaciones aeronáuticas y militares. El material podría emplearse para construir fuselajes (cuerpo del avión) más ligeros y resistentes, lo que aumentaría la eficiencia de vuelo y reduciría las emisiones de carbono. También para fabricar misiles o drones que soporten perfectamente las altas temperaturas que sufren estas aeronaves al volar a gran velocidad o durante la reentrada a la atmósfera.

Además es biocompatible, lo que no solo permitiría la fabricación de trajes espaciales, sino también de equipos médicos que no provoquen rechazo del cuerpo humano. (I)