Material con innovadoras propiedades de estiramiento
Investigadores del KIT producen un metamaterial que se estira y comprime de forma distinta a los materiales convencionales
Los metamateriales son materiales desarrollados artificialmente que no existen en la naturaleza. Sus componentes funcionan como los átomos de los materiales convencionales, pero tienen propiedades ópticas, eléctricas o magnéticas especiales. La interacción entre los componentes es crucial para su funcionamiento: Hasta ahora, esto sólo era posible con bloques vecinos, es decir, localmente. Investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) han desarrollado un metamaterial mecánico con el que estas interacciones también pueden desencadenarse a mayores distancias en el material. El material podría utilizarse para medir fuerzas o controlar la estática.
El grupo de trabajo del profesor Martin Wegener, del Instituto de Física Aplicada (APH) del KIT, ha logrado así superar una limitación de los metamateriales. El autor principal, el Dr. Yi Chen, lo compara con la comunicación humana y un efecto conocido del juego "Correo silencioso": si te comunicas con una persona a través de un intermediario, puedes acabar con algo completamente distinto que en una conversación directa con esa persona. Este principio también se aplica a los metamateriales, dice Chen. "El material que hemos diseñado tiene estructuras especiales (en rojo en la ilustración). Gracias a ellas, los distintos bloques de construcción pueden "comunicarse" no sólo a través de sus vecinos con otros bloques más distantes, sino también directamente con todos los demás bloques del material", explica el científico.
Experimentos con muestras microscópicas impresas en 3D
"Estas estructuras confieren al material propiedades fascinantes, como unas propiedades de estiramiento inusuales", explica Ke Wang, coautor del trabajo, de APH. El equipo pudo demostrarlo utilizando muestras de material de tamaño micrométrico, que produjeron con tecnología de impresión láser 3D, examinaron al microscopio y grabaron con una cámara. Así se comprobó que una hebra unidimensional (1D), de la que se tiraba desde un extremo, no se expandía uniformemente.
A diferencia de una goma elástica, por ejemplo, que se estira uniformemente al tirar de ella, el metamaterial incluso mostraba compresión en algunos lugares. Las secciones más cortas del metamaterial también podían estirarse más que las largas, aunque se aplicara la misma fuerza en todas partes. "Este comportamiento inusual, en el que los alargamientos y compresiones individuales sólo se producen localmente, no es posible en los materiales convencionales", afirma Jonathan Schneider, de APH, también coautor. "Ahora lo investigaremos también en materiales bidimensionales (tipo placa) y tridimensionales".
Otra propiedad potencialmente útil podría ser que el metamaterial reacciona con gran sensibilidad a la tensión. Dependiendo del punto del material en el que se aplique la fuerza, esto puede dar lugar a reacciones de expansión completamente distintas, incluso en puntos más distantes. Según el equipo de investigación, las reacciones en un material convencional sólo pueden observarse directamente en el punto donde se aplica la fuerza, mientras que en puntos distantes del material sólo pueden observarse efectos débiles o insignificantes. Un material con esta sensibilidad podría ser valioso para aplicaciones en las que las fuerzas deben medirse a mayor escala, como el control de las deformaciones de los edificios en ingeniería o la caracterización de las fuerzas celulares en investigación biológica.
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