Estructuras metálicas robustas pero más ligeras que el corcho

Los sólidos celulares son materiales compuestos por muchos módulos (células) ensamblados entre sí, como las celdas de un panal. La forma de esas células determina en gran medida las propiedades mecánicas del material, incluida su rigidez y su resistencia. Los huesos, por ejemplo, están rellenos de un material natural que les permite ser livianos, pero rígidos y fuertes.

Inspirándonos en los huesos y otros sólidos celulares que se encuentran en la naturaleza, los humanos hemos utilizado el mismo concepto para crear materiales. Al cambiar la geometría de las células que componen estos materiales, los creadores de nuevos materiales pueden personalizar las propiedades mecánicas, térmicas o acústicas del material. Los sólidos celulares artificiales se utilizan en muchas aplicaciones, desde embalajes que absorben los impactos hasta radiadores que regulan el flujo de calor.

Inspirándose en el kirigami, el antiguo arte japonés de doblar y cortar papel, un equipo encabezado por Alfonso Parra Rubio, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Estados Unidos, ha fabricado ahora un tipo de sólido celular de alto rendimiento, a una escala mucho mayor de lo que se había podido lograr anteriormente mediante la fabricación aditiva.

Gracias a la nueva técnica, es posible crear estas estructuras a partir de metal u otros materiales con formas personalizadas y propiedades mecánicas específicamente adaptadas.

En algunos aspectos, este material es como corcho y acero a la vez. En realidad, es más ligero incluso que el corcho, pero conserva una rigidez y robustez notables, tal como destaca Neil Gershenfeld, del MIT y miembro del equipo de investigación y desarrollo.

Los ingenieros del MIT se han inspirado en el kirigami, el arte japonés de cortar y doblar papel, para desarrollar materiales ultrarresistentes y ligeros. (Imagen: el equipo de investigación. CC BY-NC-ND 3.0)

Parra, Gershenfeld y sus colegas desarrollaron un proceso de construcción modular en el que muchos componentes más pequeños se forman, doblan y ensamblan en formas 3D. Utilizando este método, fabricaron estructuras complejas (incluyendo incluso robots) ultraligeras y ultrafuertes.

Debido a que estas estructuras son livianas pero robustas y relativamente fáciles de producir en masa a mayor escala, podrían resultar especialmente útiles para edificios, aeronaves, vehículos terrestres y hasta naves espaciales.

Parra, Gershenfeld y sus colegas han expuesto los detalles técnicos de su nuevo método en un congreso celebrado recientemente en la ciudad estadounidense de Boston (International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference (IDETC / CIE 2023)), bajo el título «Kirigami Corrugations: Strong, Modular, and Programmable Plate Lattices». (Fuente: NCYT de Amazings)