Investigadores desarrollan un material que cambia de forma y que puede adoptar y mantener cualquier forma posible

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Investigadores desarrollan un material que cambia de forma y que puede adoptar y mantener cualquier forma posible

Investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson (SEAS) de Harvard han desarrollado un material que cambia de forma y que puede adoptar y mantener cualquier forma posible, lo que abre el camino a un nuevo tipo de material multifuncional que podría utilizarse en una serie de aplicaciones, desde la robótica y la biotecnología hasta la arquitectura. La investigación se publica en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

Uno de los mayores retos a la hora de diseñar materiales que se transforman en formas es equilibrar las necesidades aparentemente contradictorias de conformabilidad y rigidez. La conformabilidad permite la transformación en nuevas formas, pero si es demasiado conforme, no puede mantener las formas de forma estable. La rigidez ayuda a fijar el material en su sitio, pero si es demasiado rígido, no puede adoptar nuevas formas.

El equipo comenzó con una célula unitaria neutralmente estable con dos elementos rígidos, un puntal y una palanca, y dos muelles elásticos estirables. Si alguna vez has visto el principio de una película de Pixar, habrás visto un material neutralmente estable. La cabeza de la lámpara de Pixar es estable en cualquier posición porque la fuerza de la gravedad siempre es contrarrestada por los muelles que se estiran y comprimen de forma coordinada, independientemente de la configuración de la lámpara. En general, en los sistemas neutralmente estables, una combinación de elementos rígidos y elásticos equilibra la energía de las células, haciendo que cada una sea neutralmente estable, lo que significa que pueden transitar entre un número infinito de posiciones u orientaciones y ser estables en cualquiera de ellas.

"Al disponer de una célula unitaria neutralmente estable, podemos separar la geometría del material de su respuesta mecánica tanto a nivel individual como colectivo".

"La geometría de la célula unitaria puede variarse modificando tanto su tamaño global como la longitud del puntal móvil, mientras que su respuesta elástica puede modificarse variando la rigidez de los muelles dentro de la estructura o la longitud de los puntales y los eslabones", afirma Gaurav Chaudhary, becario postdoctoral en SEAS y cofundador del artículo.

Los investigadores bautizaron el conjunto como "materiales totimórficos" por su capacidad de transformarse en cualquier forma estable. Los investigadores conectaron células unitarias individuales con uniones naturalmente estables, construyendo estructuras bidimensionales y tridimensionales a partir de células totimórficas individuales.

Los investigadores utilizaron tanto modelos matemáticos como demostraciones en el mundo real para demostrar la capacidad de cambio de forma del material. El equipo demostró que una sola hoja de células totimórficas puede curvarse, girar en forma de hélice, adoptar la forma de dos caras distintas e incluso soportar peso.

"En conjunto, estos totimorfos abren el camino a una nueva clase de materiales cuya respuesta a la deformación puede controlarse a múltiples escalas", dijo Mahadevan.

Fuentes, créditos y referencias:

Gaurav Chaudhary et al, Totimorphic assemblies from neutrally stable units, Proceedings of the National Academy of Sciences (2021). DOI: 10.1073/pnas.2107003118

Imagen: Investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson (SEAS) de Harvard han desarrollado un material que cambia de forma y que puede adoptar y mantener cualquier forma posible, lo que allana el camino para un nuevo tipo de material multifuncional que podría utilizarse en una serie de aplicaciones, desde la robótica y la biotecnología hasta la arquitectura. Crédito: Harvard SEAS

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