Cuando se trata de ocupar espacio sin agregar demasiado peso, la burbuja es inmejorable. Porque son en su mayoría aire, son ultraligeros y pueden expandirse para llenar cualquier espacio.

Investigadores de la Universidad de Pennsylvania, en colaboración con investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea, recientemente encontraron una manera de explotar estas propiedades de las burbujas para crear "microbombas, "un tipo de material que se expande con el calor para formar" microgrupos, "que se adaptan a sí mismos para llenar su encierro físico.

Al expandirse a grandes volúmenes y llenar espacios, los microclusters se vuelven extremadamente livianos con límites suaves y adaptables. Usando este material, los investigadores esperan poder mejorar el aislamiento térmico y acústico, blindaje contra interferencias electromagnéticas y un proceso llamado bloqueo que se ha utilizado en robótica y diseño de materiales.

La investigación fue codirigida por el postdoctorado Hyesung Cho, quien fue asesorado por Shu Yang, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Penn, y postdoctorado Seunggun Yu, quien fue asesorado por Chong Min Koo, jefe de centro y científico investigador principal en el Centro de Investigación de Arquitectura de Materiales en KIST. Sus resultados fueron publicados en Comunicaciones de la naturaleza .

Además de determinar cuántas burbujas se necesitaban para ocupar un espacio determinado, los investigadores querían saber cómo este material llenaría las plantillas y si podrían inscribir patrones en las superficies de los grupos.

"Nos inspiramos en cómo los agricultores japoneses fabrican sandías cuadradas, "Cho dijo, "Cultivándolos en jaulas de plástico".

Para investigar esto, los investigadores prepararon micropocillos a partir de un material rígido que no se podía deformar frente a la expansión de las microbombas. Luego calentaron cuidadosamente las microbombas, haciendo que se expandan, adelgazar la cáscara alrededor de la "burbuja" sin fracturarla.

Usando esta estrategia, los investigadores pudieron crear microclusters con una amplia variedad de formas, como círculos, triangulos, cuadrícula, pentágonos y hexágonos, y particiones (de unidades únicas a múltiples por grupo), perfiles de borde (desde esquinas redondeadas a afiladas) y jerarquía. Pudieron transferir micro-nanopatrones a la superficie de los microclusters.

"Lo bueno de nuestro enfoque, "Yang dijo, "es que en realidad podemos inscribir cualquier patrón en la pared dentro del confinamiento físico, asi que, cuando el material se expande y se ablanda, moldeará el patrón de la pared en esas cuentas ".

Estas microbombas se pueden utilizar en un proceso llamado "bloqueo, "partículas que se aprietan juntas en un espacio reducido. El bloqueo se puede utilizar para agarrar objetos y levantarlos, que es especialmente útil en robótica. Otras propiedades físicas de los sistemas atascados son útiles para mejorar los materiales utilizados en la electrónica, como las pantallas de los teléfonos.

Los investigadores esperan que comprender mejor la explosión volumétrica de las microbombas, así como cómo reaccionan a ciertas condiciones y la interacción entre los átomos del material, les permitirá mejorar este proceso de interferencia.

Usando este método, los investigadores también esperan crear materiales extremadamente ligeros capaces de llenar grandes espacios, que podría ser útil en aislamiento.

"Cuando miras algo hueco, como un techo, "Dijo Yang." Hay aire para proporcionar calor y aislamiento acústico. La pregunta ahora es cómo podemos diseñar este material liviano para reflejar la luz, calor y / o sonido aprovechando las estructuras huecas más allá de una simple función ".

Al inscribir patrones en los microclusters, esperan imitar estructuras complejas en la naturaleza, como los pelos de la hormiga del Sahara, que son huecos pero triangulares. La superficie tiene corrugaciones en las caras superiores del prisma triangular y una parte inferior plana que mira hacia el cuerpo de la hormiga. El diseño complejo permite que el pelo de la hormiga refleje eficazmente la luz infrarroja y mantenga fresco el cuerpo de la hormiga en la arena caliente del desierto.