Los investigadores han creado y demostrado un nuevo metamaterial vascular que se puede reconfigurar para modificar sus propiedades térmicas y electromagnéticas.

"Nos inspiramos en la red de pequeños vasos que se encuentran en los organismos vivos y hemos incorporado tal microvasculatura en un epoxi estructural reforzado con fibras de vidrio, esencialmente fibra de vidrio vascularizada, "dice Jason Patrick, autor correspondiente del trabajo de investigación.

"Y podemos controlar múltiples características del material compuesto bombeando diferentes fluidos a través de esa vasculatura. Esta reconfigurabilidad es atractiva para aplicaciones que van desde aviones a edificios y microprocesadores". Patrick es profesor asistente de civil, construcción e ingeniería ambiental en la Universidad Estatal de Carolina del Norte.

El metamaterial se fabrica utilizando tecnologías de impresión 3D. Esto permite a los ingenieros crear redes de tubos diminutos, conocido como microvasculatura, en una amplia variedad de formas y tamaños. La microvasculatura se puede incorporar en una variedad de compuestos estructurales, desde fibra de vidrio hasta fibra de carbono y otros materiales de alta resistencia para armaduras corporales.

En experimentos, los investigadores infundieron la vasculatura con una aleación de metal líquido a temperatura ambiente de galio e indio. Esto permite a los investigadores controlar las propiedades electromagnéticas del metamaterial manipulando la arquitectura del microvaso. Específicamente, controlando la orientación, El espaciado y el metal líquido conductor contenido dentro de la vasculatura dan control sobre cómo el material filtra ondas electromagnéticas específicas en el espectro de radiofrecuencia. Esta reconfiguración tiene potencial para comunicaciones sintonizables y sistemas de detección (por ejemplo, RADAR, Wi-Fi) capaz de operar en diferentes partes del espectro bajo demanda.

"La capacidad de reconfigurar dinámicamente el comportamiento electromagnético es realmente valiosa, particularmente en aplicaciones donde el tamaño, peso, y las limitaciones de energía incentivan en gran medida el uso de dispositivos que pueden realizar múltiples funciones de comunicación y detección dentro de un sistema, "dice el coautor Kurt Schab, profesor asistente de ingeniería eléctrica en la Universidad de Santa Clara.

Los investigadores también hicieron circular agua a través de la misma vasculatura y demostraron que podían manipular las características térmicas del material.

"Esto podría ayudarnos a desarrollar sistemas de enfriamiento activo más eficientes en dispositivos como vehículos eléctricos, aviones hipersónicos y microprocesadores, "Patrick dice". Por ejemplo, En la actualidad, las baterías de los vehículos eléctricos se basan en aletas de aluminio con microcanales simples para su refrigeración. Creemos que nuestro metamaterial sería igual de efectivo para disipar el calor y también podría mantener la protección estructural de la fuente de energía, pero sería sustancialmente más liviano. Además, La impresión 3D nos permite crear más complejos, arquitecturas vasculares optimizadas ".

Los investigadores también señalan que el nuevo metamaterial debería ser rentable, ya que se basa en procesos de fabricación de compuestos fácilmente disponibles.

"Los compuestos reforzados con fibra ya se utilizan de forma generalizada, ", Dice Patrick." Lo que estamos haciendo es hacer avances en los materiales y aprovechar la impresión 3D para crear una nueva clase de metamateriales multifuncionales y reconfigurables que tienen un potencial real de escalabilidad, implementación estructural y no debería ser prohibitivamente caro ".

¿Que sigue?

"Claramente tenemos en mente algunas aplicaciones para este metamaterial, pero ciertamente hay aplicaciones en las que no hemos pensado, ", Dice Patrick." Estamos abiertos a trabajar con personas que tengan nuevas ideas sobre cómo podríamos hacer un mayor uso de este material novedoso ".

El papel, "Un metamaterial multifuncional y reconfigurable de base microvascular, "se publica en la revista Tecnologías de materiales avanzadas .