La combinación de materiales flexibles y rígidos le ha otorgado al bambú una relación resistencia-peso que rivaliza con el acero. La transición gradual de una sustancia blanda a una dura permite que el calamar blando corte a su presa con picos en forma de tijera.

Con la ayuda de un nuevo modelo desarrollado conjuntamente en la Universidad de Nebraska-Lincoln, Estos dos principios perfeccionados por la evolución podrían eventualmente permitir a los ingenieros duplicar o triplicar la resistencia de los componentes basados ​​en polímeros.

La selección natural a menudo ha favorecido la integración de materiales flexibles y rígidos porque pueden funcionar mejor juntos:resistiendo fuerzas mayores, soportando cargas más pesadas - que lo hacen solos. Estos beneficios surgen especialmente cuando los materiales pueden ocupar el mismo espacio, como lo hacen en las redes de polímeros que se interpenetran:dos o más conjuntos de redes a escala molecular que se entrelazan entre sí sin conectarse realmente.

Pero aprovechar al máximo estas redes también significa variar la relación entre dura y blanda en el espacio, creando un degradado. Mientras que una proporción de 70-30 podría funcionar mejor en una ubicación, 50-50 o 30-70 podrían ser ideales en otro.

Entonces Nebraska, Investigadores franceses y chinos refinaron un modelo que puede mapear un gradiente óptimo en una estructura mientras calculan cuánto ese gradiente mejora el rendimiento de la estructura.

"Normalmente, cuando mezclas cosas, se separan, "dijo el cocreador de modelos Mehrdad Negahban, profesor de ingeniería mecánica y de materiales en Nebraska. “Puedes pensar en ello como una isla de un material y un océano de otro material.

"La isla y ese océano tienen un límite, y ese resulta ser el punto más débil de un material. Entonces, dos materiales esencialmente fallarán ... donde están conectados. Pero si los interpenetra, no tienes estos límites débiles ".

El equipo demostró su modelo analizando la resistencia a la tracción, esencialmente una resistencia a ser arrancada, de una placa con un pequeño orificio en el centro. Primero, los investigadores midieron la resistencia de una placa hecha solo de epoxi, un polímero rígido mejor conocido como adhesivo. Cuando su modelo optimizó un gradiente de epoxi interpenetrado con acrilato, un más débil, polímero más flexible:descubrieron que la resistencia a la tracción de la placa casi se triplicaba. Igualmente, un soporte en forma de L vio su resistencia a la tracción duplicarse después de que el modelo trazó su gradiente óptimo de epoxi-acrilato.

"Cambiamos la mezcla, pero el peso total es aproximadamente el mismo, ", Dijo Negahban." Simplemente poniendo las cosas correctas en el lugar correcto, podemos hacer que funcione mucho de repente, mucho mejor, es decir, está funcionando sustancialmente mejor que el componente más fuerte.

"Esto podría ser en ambos sentidos. Puede usar esto para reducir el peso o aumentar la capacidad de carga".

En un nivel fundamental, El modelo del equipo funciona superponiendo una estructura con una cuadrícula de hasta varios cientos de nodos. Luego asigna una proporción de materiales dados a cada nodo en la cuadrícula, calcular cómo el gradiente resultante afecta la resistencia general de la estructura.

"Hará esto millones de veces hasta que encuentre la (permutación) que pueda soportar la carga más alta, "Dijo Negahban.

A partir de ahora, Negahban dijo:Las redes de polímeros interpenetrantes son difíciles de fabricar realmente. La aparición de la impresión 3-D ha insinuado un enfoque potencial para la construcción de componentes a partir de las redes, aunque queda trabajo antes de que los ingenieros puedan entrelazar polímeros fácilmente a escala molecular.

Pero Negahban dijo que probablemente sea solo cuestión de tiempo antes de que surja una técnica para aprovechar al máximo el modelo que él y sus colegas han presentado.

"A las personas se les ocurren diferentes ideas sobre cómo (incorporarlas), ", dijo." Creo que sucederá ".

Negahban y sus colegas detallaron su modelo en la revista. Materiales y Diseño .