Durante los últimos 20 años, los científicos han estado desarrollando metamateriales, o materiales que no ocurren naturalmente y cuyas propiedades mecánicas resultan de su estructura diseñada más que de su composición química. Permiten a los investigadores crear materiales con propiedades y formas específicas. Metamaterialestodavía no se utilizan ampliamente en objetos cotidianos, pero eso podría cambiar pronto. Tian Chen, un postdoctorado en dos laboratorios de la EPFL: el Laboratorio de Estructuras Flexibles, dirigido por Pedro Reis, y el Laboratorio de Computación Geométrica, dirigido por Mark Pauly.ha llevado los metamateriales un paso más allá, desarrollando uno cuyas propiedades mecánicas se pueden reprogramar una vez que se ha hecho el material. Su investigación aparece en Naturaleza .
Un solo material con varias funciones mecánicas
"Me preguntaba si había una manera de cambiar la geometría interna de la estructura de un material después de su creación", dice Chen. "La idea era desarrollar un solo material que pudiera mostrar una variedad de propiedades físicas, como rigidez y resistencia, para que los materiales no tengan que ser reemplazados cada vez. Por ejemplo, cuando se tuerce el tobillo, inicialmente debe usar una férula rígida para mantener el tobillo en su lugar. Luego, a medida que cicatriza, puede cambiar a una férula más flexibleuno. Hoy tienes que reemplazar toda la férula, pero la esperanza es que algún día, un solo material pueda cumplir ambas funciones ".
Silicio y polvo magnético
El metamaterial de Chen está hecho de silicio y polvo magnético y tiene una estructura complicada que permite que las propiedades mecánicas varíen. Cada celda dentro de la estructura se comporta como un interruptor eléctrico. "Puede activar y desactivar celdas individuales aplicando un campo magnético. Eso modificael estado interno del metamaterial y, en consecuencia, sus propiedades mecánicas ", dice Chen. Explica que su material programable es análogo a los dispositivos informáticos como los discos duros. Estos dispositivos contienen bits de datos que se pueden escribir y leer en tiempo real.Las celdas de su metamaterial programable, llamadas m-bits, funcionan como los bits en un disco duro: pueden encenderse, haciendo que el material sea más rígido, o apagarse, haciéndolo más flexible. Y los investigadores pueden programar varias combinaciones de encendido ypara darle al material exactamente las propiedades mecánicas que necesita en un momento dado.
Para desarrollar su material, Chen se basó en métodos tanto de la informática como de la ingeniería mecánica. "Eso es lo que hace que su proyecto sea tan especial", dice Pauly. Chen también pasó una cantidad considerable de tiempo probando su material en cada uno de sus diferentes estados.Descubrió que efectivamente se podía programar para lograr varios grados de rigidez, deformación y resistencia.
muchos horizontes de investigación
Los metamateriales programables son similares a las máquinas, como los robots, que emplean mecanismos electrónicos complicados que consumen mucha energía. Con su investigación, Chen tiene como objetivo encontrar el equilibrio adecuado entre los materiales estáticos y las máquinas. Reis ve un gran potencial para futuras investigaciones utilizandoTecnología de Chen. "Podríamos diseñar un método para crear estructuras 3D, ya que lo que hemos hecho hasta ahora es solo en 2D", dice Reis. "O podríamos reducir la escala para hacer metamateriales aún más pequeños". El descubrimiento de Chen marca un factor fundamentalun paso adelante, ya que es la primera vez que los científicos han desarrollado un metamaterial mecánico verdaderamente reprogramable. Abre muchas vías interesantes para la investigación y las aplicaciones industriales de vanguardia
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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