- Un nuevo material hecho de elastómeros de cristal líquido podría fabricar chalecos antibalas más ligeros.
- Los elastómeros son polímeros con elasticidad, la capacidad de recuperarse.
- Gran parte de las armaduras y los cascos actuales se deforman con el impacto y no son reutilizables.
Ingenieros mecánicos de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore han encontrado una nueva forma de construir chalecos antibalas con un material elastómero liviano que se basa en una estructura compleja de cristal líquido. La armadura resultante es “más ligera, más resistente y reutilizable”, según el comunicado de prensa de la universidad. Eso podría cambiar las reglas del juego en el mundo altamente deformable de los chalecos antibalas.
Sung Hoon Kang—autor principal del nuevo artículo, publicado el mes pasado en la revista Materiales avanzados-es parte del tentadoramente llamado Hopkins Extreme Materials Institute (HEMI), establecido en 2012 para estudiar “ciencia asociada con materiales y estructuras en condiciones extremas y demostrando un rendimiento extremo”. Sus proyectos están financiados por organizaciones como el Departamento de Energía de EE. UU. y la Fundación Nacional de Ciencias, con áreas de estudio que incluyen aspectos como el comportamiento de los materiales en el manto terrestre.
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Es fácil ver cómo el manto de la Tierra es extremo, con algunas de las temperaturas y presiones más altas del planeta. La armadura corporal es una aplicación diferente, pero algo que sigue siendo muy extremo: absorber disparos, por ejemplo, y distribuir esa energía de una manera que no dañe al usuario no es poca cosa. “Estamos entusiasmados con nuestros hallazgos sobre la capacidad de absorción de energía extrema del nuevo material”, dice Kang en el comunicado.
La idea de un material que pudiera superar a los cascos y parachoques de automóviles actuales despertó la curiosidad de Kang. Una de las principales áreas de mejora es la deformación, que es la forma en que la fuerza de un impacto presiona el material para que pierda su forma. Piense en la “zona de deformación” de un automóvil, que está literalmente diseñada para colapsar para absorber el impacto; no está exactamente “reutilizando” esa parte del automóvil después, especialmente en choques a alta velocidad.
“Muchos cascos y materiales que absorben impactos disipan la energía a través de mecanismos inelásticos, como la deformación plástica, la fractura y la fragmentación. Sin embargo, estos materiales pueden dañarse permanentemente después de un solo uso y no son adecuados para un uso repetido”, escriben los investigadores.
Entonces, si los mecanismos no reutilizables son inelásticos, lo cual tiene sentido, lo opuesto a elástico y, por lo tanto, incapaces de “recuperarse”, ¿cómo hacemos las cosas de manera diferente? Aquí es donde entra en juego la idea de los metamateriales. Un metamaterial es algo cuidadosamente diseñado a microescala para tener propiedades que una simple capa de madera contrachapada o metal no tendría. El objetivo es construir una mejor funcionalidad a partir del nivel atómico.
Los investigadores explican que su clave aquí es algo llamado “inestabilidades de pandeo elástico”, que se puede considerar como una especie de rebote a nivel atómico. Piense en un gran resorte, que se dobla bajo presión, pero luego vuelve a ponerse en forma. La idea de pandeo no tiene por qué ser una deformación unidireccional que distorsione permanentemente el material. Puede almacenar energía que se vuelve a liberar para “rebotar” el material a su verdadera forma. “Este mecanismo de captura de energía estructural es escalable y reversible, lo que hace que el material diseñado sea reutilizable”, explican los investigadores.
En los experimentos, el equipo fabricó metamateriales llamados elastómeros de cristal líquido (LCE). Estos materiales distribuyen el impacto y disipan la energía de manera ideal para la microestructura necesaria en un diseño de chaleco antibalas. “Los materiales de arquitectura basados en LCE pueden presentar muchas oportunidades prometedoras para metamateriales que absorben energía para aplicaciones de amortiguación y protección contra impactos”, explica el equipo. Cuando se probó, el material resistió bien los impactos repetidos de objetos que pesaban entre cuatro y 15 libras a una velocidad de hasta 22 millas por hora.
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