Figura 1. Las predicciones del modelo teórico sugieren que las estructuras de sutura que se encuentran en una serie de manifestaciones naturales han evolucionado a sus geometrías óptimas para lograr el mejor rendimiento de amortiguación. Crédito:Universidad de Pekín
Materiales compuestos avanzados de alto rendimiento que integran alta rigidez, resistencia y excelente rendimiento de amortiguación son una demanda urgente en la industria aeroespacial, energía, transporte de alta velocidad y otros campos. Sin embargo, Es difícil para los materiales de amortiguación tradicionales sobresalir tanto en el rendimiento de amortiguación como en las propiedades mecánicas estáticas. A diferencia de, los materiales biológicos en la naturaleza logran la coexistencia de propiedades estáticas y de amortiguación superiores a través de un diseño de microestructura sofisticado. Por ejemplo, Los teselados de sutura de diferentes escalas de longitud se encuentran ampliamente en materiales biológicos como cráneos de animales, picos de pájaro carpintero, caparazones de tortuga, semillas de verdolaga, etc.
Recientemente, el equipo de investigación del profesor Wei Xiaoding en el Departamento de Mecánica y Ciencias de la Ingeniería publicó sus estudios teóricos sobre el efecto de la estructura de la sutura en la disipación de energía de los biocompuestos en el Revista de Mecánica y Física de Sólidos . Su trabajo establece la relación entre la geometría sutural y el rendimiento de amortiguación. Muestra cómo los biomateriales en la naturaleza ensamblan las unidades de carga estructural delicadamente a través de las interfaces de sutura para lograr la optimización simultánea de una excelente capacidad de carga y un rendimiento dinámico de disipación de energía. La teoría puede explicar cómo diferentes materiales biológicos han desarrollado ángulos de sutura y amplitudes de diferentes escalas durante el largo proceso evolutivo (Figura 1).
El equipo sintetizó además un compuesto bioinspirado con interfaces de sutura a través de una impresora 3D de múltiples materiales. Los experimentos muestran que el diseño bioinspirado logra un rendimiento de amortiguación sobresaliente al tiempo que tiene una excelente capacidad de carga. El resultado de este estudio puede proporcionar una guía valiosa para el diseño y la fabricación de una nueva generación de materiales compuestos estructurales avanzados con excelentes propiedades mecánicas estáticas y dinámicas.
