Los metamateriales, materiales cuya función está determinada por la estructura, no por la composición, han sido diseñados para doblar la luz y el sonido, transformarse de suaves a rígidos e incluso amortiguar las ondas sísmicas de los terremotos. Pero cada una de estas funciones requiere una estructura mecánica única., lo que hace que estos materiales sean excelentes para tareas específicas, pero difíciles de implementar en general.
¿Pero qué pasaría si un material pudiera contener dentro de su estructura, múltiples funciones y cambiar de manera fácil y autónoma entre ellas?
Investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard SEAS y el Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada han desarrollado un marco general para diseñar metamateriales reconfigurables. La estrategia de diseño es independiente de la escala, lo que significa que puede aplicarse atodo, desde arquitecturas a escala de metro hasta sistemas de nanoescala reconfigurables, como cristales fotónicos, guías de onda y metamateriales para guiar el calor.
La investigación se publica en Naturaleza .
"En términos de metamateriales reconfigurables, el espacio de diseño es increíblemente grande, por lo que el desafío es idear estrategias inteligentes para explorarlo", dijo Katia Bertoldi, profesora asociada de Ciencias Naturales John L. Loeb de SEAS y autora principaldel artículo "A través de una colaboración con diseñadores y matemáticos, encontramos una manera de generalizar estas reglas y generar rápidamente muchos diseños interesantes"
Bertoldi y el ex estudiante de posgrado Johannes Overvelde, quien es el primer autor del artículo, colaboraron con Chuck Hoberman, de la Harvard Graduate School of Design GSD y la facultad asociada de Wyss y James Weaver, un investigador científico senior en elWyss, para diseñar el metamaterial.
La investigación comenzó en 2014, cuando Hoberman le mostró a Bertoldi sus diseños originales para una familia de estructuras plegables, incluido un prototipo de un cubo extruido. "Nos sorprendió lo fácil que podía doblarse y cambiar de forma", dijo Bertoldi.nos dimos cuenta de que estas geometrías simples podrían usarse como bloques de construcción para formar una nueva clase de metamateriales reconfigurables, pero nos llevó mucho tiempo identificar una estrategia de diseño robusta para lograr esto ".
El equipo interdisciplinario se dio cuenta de que los conjuntos de poliedros se pueden usar como plantilla para diseñar estructuras de paredes delgadas reconfigurables extruidas, simplificando drásticamente el proceso de diseño.
"Al combinar diseño y modelado computacional, pudimos identificar una amplia gama de reordenamientos diferentes y crear un plano o ADN para construir estos materiales en el futuro", dijo Overvelde, ahora líder del grupo científico del grupo Soft Robotic Matter enFOM Institute AMOLF en los Países Bajos.
Los mismos modelos computacionales también se pueden usar para cuantificar todas las diferentes formas en que el material podría doblarse y cómo eso afectó las propiedades efectivas del material como la rigidez. De esta manera, podrían escanear rápidamente cerca de un millón de diseños diferentes y seleccionar aquellos con elrespuesta preferida
Una vez que se seleccionó un diseño específico, el equipo construyó prototipos funcionales de cada metamaterial 3D utilizando cartón cortado con láser y cinta de doble cara, e impresión 3D multimaterial. Al igual que el origami, la estructura resultante se puede plegar a lo largo de sus bordes para cambiar de forma..
"Ahora que hemos resuelto el problema de formalizar el diseño, podemos comenzar a pensar en nuevas formas de fabricar y reconfigurar estos metamateriales a escalas más pequeñas, por ejemplo a través del desarrollo de prototipos autoaccionables impresos en 3D que respondan al medio ambiente".dijo Weaver.
Este marco de diseño formal podría ser útil para ingenieros estructurales y aeroespaciales, científicos de materiales, físicos, ingenieros robóticos, ingenieros biomédicos, diseñadores y arquitectos.
"Este marco es como un juego de herramientas para construir materiales reconfigurables", dijo Hoberman. "Estos bloques de construcción y espacio de diseño son increíblemente ricos y solo hemos comenzado a explorar todas las cosas que puedes construir con ellos".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences . Original escrito por Leah Burrows. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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