Científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur) y el Instituto de Tecnología de California (Caltech), Estados Unidos, han desarrollado un nuevo tipo de tela de 'cota de malla' que es flexible como la tela pero que puede endurecerse a pedido.

La tela liviana está impresa en 3D a partir de polímeros plásticos de nailon y comprende octaedros huecos (una forma con ocho caras triangulares iguales) que se entrelazan entre sí.

Cuando la tela suave se envuelve dentro de un sobre de plástico flexible y se envasa al vacío, se convierte en una estructura rígida que es 25 veces más rígida o más difícil de doblar que cuando está relajada. El principio físico detrás de esto se llama " transición de interferencia ", similar al comportamiento de endurecimiento en bolsas de arroz o frijoles envasados ​​al vacío.

Conocidos como 'tejidos estructurados que se pueden llevar puestos', El desarrollo podría allanar el camino para las telas inteligentes de próxima generación que pueden endurecerse para proteger al usuario contra un impacto o cuando se necesita una capacidad de carga adicional.

Las aplicaciones potenciales pueden incluir chalecos a prueba de balas o puñaladas, apoyo médico configurable para personas mayores, y exoesqueletos protectores para deportes de alto impacto o lugares de trabajo como obras de construcción.

Publicado hoy en Naturaleza , esta investigación interdisciplinaria es el resultado de una colaboración entre expertos en ingeniería mecánica y fabricación avanzada.

Autor principal del artículo, El profesor asistente de Nanyang Wang Yifan, Dijo que su investigación tiene un significado fundamental así como una relevancia industrial y que podría conducir a una nueva tecnología de plataforma con aplicaciones en sistemas médicos y robóticos que pueden beneficiar a la sociedad.

"Con una tela diseñada que es liviana y ajustable, que se puede cambiar fácilmente de suave a rígida, podemos usarla para abordar las necesidades de los pacientes y la población que envejece. por ejemplo, para crear exoesqueletos que les ayuden a pararse, llevar cargas y ayudarles en sus tareas diarias, ", dijo el profesor asistente Wang de la Escuela de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de NTU, quien inició esta investigación cuando era investigador postdoctoral en Caltech.

"Inspirado en la antigua armadura de cota de malla, utilizamos partículas huecas de plástico que se entrelazan para mejorar la rigidez de nuestras telas sintonizables. Para aumentar aún más la rigidez y la resistencia del material, ahora estamos trabajando en tejidos hechos de varios metales, incluido el aluminio, que podría utilizarse para aplicaciones industriales a gran escala que requieran una mayor capacidad de carga, como puentes o edificios ".

Autor para correspondencia del artículo, Profesora Chiara Daraio, Profesor G. Bradford Jones de Caltech de Ingeniería Mecánica y Física Aplicada, dijo, "Queríamos fabricar materiales que pudieran cambiar la rigidez a voluntad. Nos gustaría crear una tela que pase de ser suave y plegable a rígida y resistente de una manera controlable".

Un ejemplo de la cultura popular sería la capa de Batman en la película de 2005. El comienzo de batman , que es generalmente flexible pero se puede hacer rígido a voluntad cuando el cruzado con capa lo necesita como planeador.

La ciencia detrás del tejido entrelazado

El concepto científico detrás de la tela de rigidez variable se llama "transición de bloqueo". Esta es una transición en la que los agregados de partículas sólidas cambian de un estado blando similar a un fluido a un estado rígido similar a un sólido, con un ligero aumento en la densidad de empaque. Sin embargo, Las partículas sólidas típicas suelen ser demasiado pesadas y no proporcionan suficiente resistencia a la tracción para aplicaciones portátiles.

En su investigación, los autores diseñaron partículas estructuradas, donde cada partícula está hecha de marcos huecos, en forma de anillos, óvalos, cuadrícula, cubitos, pirámides y diferentes formas de octaedros que luego se entrelazan entre sí. Estas estructuras, conocidas como estructuras topológicamente entrelazadas, luego se puede formar en una tela de cota de malla que tiene una baja densidad y, sin embargo, una alta rigidez a la tracción, utilizando tecnología de impresión 3-D de última generación para imprimirlos como una sola pieza.

Luego modelaron el número de puntos de contacto promedio por partícula y cuánto se doblará cada estructura en respuesta a la cantidad de tensión aplicada. El equipo descubrió que al personalizar la forma de las partículas, hubo una compensación entre cuánto peso tendrán las partículas y cuánto se puede doblar la tela, y cómo equilibrar los dos factores.

Para agregar una forma de controlar la rigidez de la tela, el equipo encapsuló la tela de la cota de malla en un sobre de plástico flexible y compactaron las telas con una aspiradora, que aplica presión desde el exterior. La presión de vacío aumenta la densidad de empaque de la tela, haciendo que cada partícula tenga más contacto con sus vecinas, resultante, para el tejido a base de octaedro, en una estructura 25 veces más rígida. Cuando se forma en un piso, estructura en forma de mesa y bloqueada al vacío en su lugar, la tela puede contener una carga de 1,5 kg, más de 50 veces el peso de los tejidos.

En otro experimento, el equipo dejó caer una pequeña bola de acero (30 gramos, mide 1,27 cm de diámetro) en la cota de malla a 3 metros por segundo. El impacto deformó la tela hasta 26 mm cuando estaba relajada, pero solo 3 mm cuando estaba rígido, una reducción de seis veces en la profundidad de penetración.

Para mostrar las posibilidades de su concepto de tejido utilizando diferentes materiales de origen, El equipo imprimió en 3D la cota de malla utilizando aluminio y demostró que tiene la misma flexibilidad y rendimiento 'suave' que el nailon cuando está relajado y, sin embargo, también podría estar 'atascado' en estructuras que son mucho más rígidas en comparación con el nailon debido al aluminio. mayor rigidez y resistencia.

Estos correos de cadena metálica se pueden utilizar en aplicaciones como armaduras corporales, donde deben protegerse contra impactos duros y de alta velocidad de objetos cortantes. En cuyo caso, el material de encapsulación o envoltura podría estar hecho de fibras de aramida, comúnmente conocido como Kevlar, utilizado como tejido en chalecos antibalas.

Avanzando el equipo busca mejorar el rendimiento del material y la tela de su cota de malla y explorar más métodos para reforzarla, como a través del magnetismo, electricidad o temperatura.