Redacción
Los ingenieros se han inspirado en las conchas y en los pomelos para crear lo que dicen que es el primer material fabricado que no es posible cortar.
El material ligero, llamado Proteo en honor al dios mítico que cambia de forma, está hecho de esferas de cerámica encajadas en una estructura celular de aluminio que, en las pruebas, no podía ser cortado por amoladoras radiales, taladros o chorros de agua a alta presión.
El equipo de investigación internacional, dirigido por la Universidad de Durham, Reino Unido, y el Instituto Fraunhofer de Máquinas Herramientas y Tecnología de la Formación IWU en Chemnitz, Alemania, obtuvo la idea del nuevo material a partir de la dura piel celular del pomelo y las conchas resistentes a la fractura de los moluscos.
Las criaturas marinas llamadas abulones están constituidas a partir de teselas entrelazadas con un material de biopolímero que los hace resistentes a las fracturas. Para resistir las herramientas de penetración más violentas, los materiales orgánicos como las teselas de aragonita – que se encuentran en las conchas de los moluscos – fueron sustituidos en el nuevo material por cerámicas industriales de alúmina (óxido de aluminio) y una matriz de espuma metálica de aluminio.
El nuevo material es fuerte, ligero y no se puede cortar. Según los investigadores, podría utilizarse para fabricar candados para bicicletas, blindajes ligeros y aplicarse a equipos de protección para las personas que trabajan con herramientas cortantes.
Los resultados se publican en la revista Scientific Reports. El nuevo sistema de material es dinámico, con una estructura interna en evolución que crea un movimiento de alta velocidad donde interactúa con las herramientas de corte. La respuesta dinámica es más parecida a las estructuras vivas.
Prueba de resistencia del material Proteo. (Foto: Dr René Vogel, Technical Leader, in the Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology IWU)
El material está hecho de una estructura celular de aluminio que envuelve esferas de cerámica y esto tiene un doble efecto destructivo en las herramientas de corte. Cuando se corta con una amoladora radial o un taladro, las vibraciones creadas por las esferas de cerámica dentro de la carcasa desafilan el disco de corte o la broca.
La interacción entre el disco y la esfera de cerámica crea una conexión vibratoria entrelazada que resiste indefinidamente a la herramienta de corte.
La hoja se erosiona gradualmente, y finalmente se vuelve ineficaz a medida que la fuerza y la energía del disco o de la broca se vuelven contra ella misma, y se debilita y destruye por su propio ataque.
Además, la cerámica se fragmenta en partículas finas, que llenan la estructura celular del material y se endurecen al aumentar la velocidad de la herramienta de corte debido a las fuerzas interatómicas entre los granos de cerámica. De esta manera la naturaleza adaptativa del material repele aún más cualquier ataque.
También se comprobó que los chorros de agua eran ineficaces porque las superficies curvas de las esferas de cerámica ensanchan el chorro, lo que reduce sustancialmente su velocidad y debilita su capacidad de corte.
El autor principal, el Dr. Stefan Szyniszewski, Profesor Adjunto de Mecánica Aplicada, del Departamento de Ingeniería de la Universidad de Durham, dijo: “Nos intrigó la forma en que la estructura celular del pomelo y la estructura de las conchas de los moluscos pueden prevenir el daño a la fruta o a las criaturas que están dentro, a pesar de estar hechas de bloques de construcción orgánica relativamente débiles. Estas estructuras naturales señalaron el principio de funcionamiento de nuestro material metálico-cerámico, que se basa en la interacción dinámica con la carga aplicada, en contraste con la resistencia pasiva. Esencialmente, cortar nuestro material es como cortar a través de una gelatina llena de pepitas. Si atraviesas la gelatina, golpeas las pepitas y el material vibra de tal manera que destruye el disco de corte o la broca. La cerámica incrustada en este material flexible también está hecha de partículas muy finas que se endurecen y resisten ante la amoladora radial o la broca cuando estás cortando a velocidad, de la misma manera que un saco de arena resistiría y detendría una bala a alta velocidad. Este material podría tener muchas aplicaciones útiles y emocionantes en las industrias de seguridad y protección. De hecho, no tenemos conocimiento de ningún otro material que se fabrique y que no se pueda cortar existente en la actualidad”.
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