Los investigadores del Instituto Tecnol\u00f3gico de California han ideado una nueva clase de materiales que pueden cambiar sin problemas de comportamiento entre fluido y s\u00f3lido. Estos materiales, conocidos como materiales arquitect\u00f3nicos policatenarios (PAM), est\u00e1n formados por anillos entrelazados o estructuras similares a jaulas que pueden reorganizarse en respuesta a fuerzas externas. Imagina una armadura de malla que fluye como el agua cuando se la toca ligeramente, pero se bloquea en su lugar cuando se la golpea con fuerza. Esto no est\u00e1 muy lejos de lo que pueden hacer los PAM.<\/p>\n\n\n\n
El t\u00e9rmino materiales arquitect\u00f3nicos policatenarios se refiere a la forma en que est\u00e1n construidos: no a partir de bloques s\u00f3lidos o redes r\u00edgidas, sino a partir de anillos entrelazados o part\u00edculas similares a jaulas que forman redes tridimensionales. Cuando se deforman suavemente, pueden estirarse y torcerse, cambiando su estructura como fluidos no newtonianos. Pero bajo mayor estr\u00e9s, se endurecen y absorben energ\u00eda como las espumas o redes tradicionales. Este comportamiento \u00fanico podr\u00eda conducir a nuevas aplicaciones en rob\u00f3tica blanda, materiales resistentes a los impactos y estructuras que cambian de forma.<\/p>\n\n\n\n
Un material que desaf\u00eda las convenciones \u201cLos PAM son realmente un nuevo tipo de materia\u201d, dijo Daraio, profesor de ingenier\u00eda mec\u00e1nica y f\u00edsica aplicada en Caltech. \u201cNo encajan perfectamente en las categor\u00edas que hemos utilizado durante siglos\u201d.<\/p>\n\n\n\n La inspiraci\u00f3n para los PAM proviene de una antigua invenci\u00f3n: la cota de malla. Durante siglos, los guerreros usaban armaduras hechas de anillos de metal entrelazados, creando una malla flexible pero duradera. Los PAM llevan esta idea a un nuevo nivel. En lugar de simples anillos, est\u00e1n formados por m\u00faltiples formas intrincadas y entrelazadas. Por lo tanto, consisten en anillos, jaulas y otras formas geom\u00e9tricas dispuestas en redes tridimensionales. Estas estructuras se dise\u00f1an en computadoras y se les da vida mediante impresoras 3D.<\/p>\n\n\n\n Zhou, un investigador postdoctoral en el laboratorio de Daraio, ha pasado dos a\u00f1os estudiando estos materiales. \u201cYo era qu\u00edmico y quer\u00eda hacer estas estructuras a escala molecular, pero eso result\u00f3 demasiado desafiante\u201d, dice Zhou. \u201cPara obtener respuestas a las preguntas que ten\u00eda sobre c\u00f3mo se comportan estas estructuras, decid\u00ed unirme al grupo de Chiara y estudiar los PAM a mayor escala\u201d.<\/p>\n\n\n\n Del concepto a la realidad Los resultados fueron asombrosos. En ciertas condiciones, los PAM se comportaron como fluidos. \u201cImaginemos que aplicamos una tensi\u00f3n de corte al agua\u201d, explica Zhou. \u201cNo habr\u00eda resistencia. Como los PAM tienen todos estos grados de libertad coordinados, con los anillos y las jaulas que los componen desliz\u00e1ndose unos contra otros como lo har\u00edan los eslabones de una cadena, muchos tienen muy poca resistencia al corte\u201d. Pero cuando se comprimen, los mismos materiales se vuelven r\u00edgidos y se comportan como s\u00f3lidos.<\/p>\n\n\n\n Esto hace que los PAM sean exquisitamente \u00fanicos. La mayor\u00eda de los materiales se dividen en dos categor\u00edas: s\u00f3lidos o materia granular. Los s\u00f3lidos, como los metales o los cristales, tienen estructuras fijas. Los materiales granulares, como la arena o el arroz, est\u00e1n formados por part\u00edculas individuales que pueden moverse libremente. Los PAM, sin embargo, se encuentran en la l\u00ednea entre estos dos mundos.<\/p>\n\n\n\n
<\/strong>Los materiales tradicionales suelen ser r\u00edgidos, con propiedades fijas determinadas por su composici\u00f3n qu\u00edmica. Los PAM son diferentes porque derivan su comportamiento no de lo que est\u00e1n hechos, sino de c\u00f3mo est\u00e1n dispuestas sus estructuras internas. Los investigadores, dirigidos por Wenjie Zhou y Chiara Daraio, dise\u00f1aron estos materiales traduciendo las intrincadas geometr\u00edas de las redes cristalinas en estructuras 3D hechas de part\u00edculas entrelazadas.<\/p>\n\n\n\n
<\/strong>El equipo imprimi\u00f3 en 3D prototipos de PAM en varios materiales, incluidos pol\u00edmeros acr\u00edlicos, nailon y metales. Fabricaron PAM tanto a escala macro como micro. La mayor\u00eda de los prototipos eran peque\u00f1os cubos o esferas, aproximadamente del tama\u00f1o de una pelota de golf. Luego, sometieron estos materiales a una serie de pruebas: comprimi\u00e9ndolos, retorci\u00e9ndolos y cort\u00e1ndolos para ver c\u00f3mo respond\u00edan.<\/p>\n\n\n\n