En años recientes, la popularidad de los metamateriales ha aumentado significativamente. Estos materiales no se encuentran en la naturaleza ni se fabrican mediante reacciones químicas, pero están diseñados geométricamente en el laboratorio de física. Los metamateriales se pueden dar de forma especial, a menudo contradictorio, propiedades. Por primera vez, Los físicos ahora han desarrollado una caja de herramientas para crear materiales que presentan múltiples propiedades de este tipo simultáneamente. La investigación fue publicada en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias esta semana.

La investigación que condujo a los nuevos materiales fue realizada por los físicos Aleksi Bossart, David Dykstra, Jop van der Laan y Corentin Coulais de la Universidad de Amsterdam. Usando la caja de herramientas, crearon un material que cambia su comportamiento a medida que se comprime rápida o lentamente. Nuevos materiales como este pueden ser muy útiles para amortiguadores en automóviles, para materiales de construcción resistentes a terremotos o válvulas de presión reguladoras de caudal.

Materiales de diseño

Los metamateriales son materiales de ingeniería con propiedades extraordinarias. Estas propiedades provienen de su estructura geométrica más que de su composición química. La complejidad de los metamateriales radica en su diseño, no en cómo se construyen:una vez que se conoce la geometría correcta, una impresora 3D suele ser suficiente para hacer el material. En los ultimos años, los físicos se han vuelto cada vez más hábiles en el diseño de metamateriales con propiedades interesantes. Por ejemplo, los materiales ahora se pueden diseñar para que sean muy ligeros y muy rígidos, o para exhibir un comportamiento mecánico extraño:pueden encogerse hacia los lados cuando se comprimen, mientras que los materiales ordinarios se expanden, o incluso pueden comportarse como cambiadores de forma programables.

Aunque no siempre se lleva a cabo con facilidad, Por tanto, la idea parece simple:si necesita un material con una propiedad específica, encuentra un físico inteligente que se lo diseñe. Pero, ¿y si necesita un material que tenga propiedades especiales? Y si depende de las circunstancias, ¿Quiere poder cambiar entre las dos propiedades?

Dos funcionalidades

Este es precisamente el tipo de pregunta que uno encuentra cuando, por ejemplo, buscando materiales que puedan soportar terremotos. Dicho material debe responder de manera muy diferente a las pequeñas vibraciones que están presentes en la vida cotidiana de un edificio de lo que debería cuando se experimenta un impacto debido a un terremoto. Con aplicaciones como esta en mente, Bossart, Dykstra, Van der Laan y Coulais se propusieron diseñar materiales que no tuvieran una, sino múltiples funcionalidades dentro de una sola estructura.

En particular, lograron crear metamateriales que pueden encogerse o expandirse lateralmente cuando se comprimen, dependiendo de qué tan rápido se ejerza la fuerza de compresión. Un ejemplo de tal material se muestra en la imagen de arriba:la clave de las funcionalidades del material está en el patrón de sus agujeros. Cuando se ejerce presión, los agujeros se deforman colectivamente, pero este comportamiento colectivo es diferente cuando la presión se ejerce lentamente que cuando se ejerce rápidamente.

Nuevos metamateriales como este podrían resultar muy interesantes para todo tipo de aplicaciones industriales. Una aplicación sería en materiales de construcción resistentes a terremotos, pero los metamateriales también podrían conducir a otras aplicaciones de absorción de energía (piense en amortiguadores en automóviles) o en nuevos dispositivos adaptables en robótica, incluidas válvulas de presión reguladoras de flujo.