Los ingenieros de la Universidad RMIT presentan un material superresistente inspirado en la esponja de la canasta de flores de Venus. Esta innovación, que combina una rigidez notable con capacidades de absorción de energía, promete avances significativos en la construcción y en otros campos.
Inspirados por el intrincado esqueleto de la esponja de aguas profundas conocida como cesta de flores de Venus, los ingenieros de la Universidad RMIT han desarrollado un material revolucionario que cuenta con una resistencia a la compresión y una rigidez incomparables. Este nuevo diseño, una estructura de doble entramado, tiene el potencial de redefinir los diseños arquitectónicos y de productos a nivel mundial.
Dirigido por Jiaming Ma, investigador postdoctoral del Centro de Estructuras y Materiales Innovadores (CISM) del RMIT, el equipo exploró las propiedades únicas de la esponja de canasta de flores de Venus, que prospera en las profundidades del Océano Pacífico.
Su estudio reveló la notable combinación de rigidez y fuerza del esqueleto de la esponja, junto con la capacidad de contraerse bajo compresión, una propiedad conocida como comportamiento auxético. A diferencia de los materiales tradicionales, que se vuelven más finos cuando se estiran o más gruesos cuando se comprimen, los auxéticos hacen lo contrario.
“Mientras que la mayoría de los materiales se vuelven más delgados cuando se estiran o más gruesos cuando se aplastan, como el caucho, los auxéticos hacen lo contrario”, dijo Ma en un comunicado de prensa“Los auxéticos pueden absorber y distribuir la energía del impacto de manera efectiva, lo que los hace extremadamente útiles”.
Los auxéticos no son algo completamente nuevo; los ejemplos naturales incluyen tendones y piel de gato, mientras que los auxéticos sintéticos se han utilizado para expandir stents médicos. Sin embargo, su aplicación ha sido limitada debido a su baja rigidez y capacidad de absorción de energía, limitaciones que este nuevo diseño de doble red supera de manera efectiva.
“Cada red por sí sola tiene un comportamiento de deformación tradicional, pero si las combinas como lo hace la naturaleza en la esponja de aguas profundas, entonces se regula a sí misma, mantiene su forma y supera a materiales similares por un margen bastante significativo”, agregó Ma.
Los hallazgos del equipo, publicado En Composite Structures, se ha descubierto que su diseño reticular es 13 veces más rígido que el de los materiales auxéticos existentes, que suelen basarse en estructuras de panal reentrante. Además, cuenta con un rango de deformación un 60 % mayor y puede absorber un 10 % más de energía.
Subtítulo: La estructura de doble red del equipo (izquierda) supera el diseño de panal reentrante estándar (derecha).
Créditos: Universidad RMIT
Ngoc San Ha, profesor de ingeniería civil y de infraestructura en el RMIT, destacó el potencial transformador de este material bioinspirado.
“Esta red auxética bioinspirada proporciona la base más sólida hasta el momento para que desarrollemos edificios sostenibles de próxima generación”, afirmó en el comunicado de prensa. “Nuestro metamaterial auxético con alta rigidez y absorción de energía podría ofrecer importantes beneficios en múltiples sectores, desde materiales de construcción hasta equipos de protección y equipamiento deportivo o aplicaciones médicas”.
Una de las aplicaciones más inmediatas podría ser en la industria de la construcción. La estructura de celosía auxética tiene el potencial de funcionar como un armazón de acero para edificios, reduciendo la necesidad de un exceso de acero y hormigón sin comprometer la integridad estructural. También podría allanar el camino para innovaciones en equipamiento deportivo ligero, chalecos antibalas e implantes médicos.
Mike Xie, profesor honorario del RMIT, elogió la inspiración del proyecto en la naturaleza y agregó: “La biomimética no solo crea diseños hermosos y elegantes como este, sino que también crea diseños inteligentes que se han optimizado a través de millones de años de evolución y de los cuales podemos aprender”.
Actualmente, el equipo de RMIT ha probado el diseño utilizando simulaciones por computadora y muestras impresas en 3D hechas de poliuretano termoplástico.
La siguiente fase consiste en producir versiones de acero para integrarlas con hormigón y tierra apisonada en proyectos de construcción. Ma insinuó las implicaciones más amplias de su trabajo.
“Si bien este diseño podría tener aplicaciones prometedoras en equipos deportivos, EPP y aplicaciones médicas, nuestro enfoque principal está en el aspecto de la construcción y edificación”, agregó Ma.
“Estamos desarrollando un material de construcción más sostenible utilizando la combinación única de auxeticidad, rigidez y absorción de energía excepcionales de nuestro diseño para reducir el uso de acero y cemento en la construcción”, continuó. “Sus características auxéticas y de absorción de energía también podrían ayudar a amortiguar las vibraciones durante los terremotos”.
Además, el equipo planea combinar este diseño innovador con algoritmos de aprendizaje automático para crear materiales programables, lo que podría marcar el comienzo de una nueva era de materiales inteligentes altamente optimizados.