Diez profesores de secundaria pasaron una semana en el MIT en julio diseñando y creando Frankensteel, un material de autorreparación inspirado en el villano de la película Terminator 2. El siguiente paso:su objetivo es recrear los cálculos y experimentos involucrados para sus estudiantes en casa.

"Esta fue una experiencia fenomenal para mí, e inspiradora en términos de 'posibles carreras/campos de estudio muy interesantes' para los estudiantes", escribió un maestro en respuesta a una encuesta anónima al final de la semana.

Introducción a la ingeniería de materiales

Hace unos veinte años, la sociedad de materiales más grande del mundo, ASM International, comenzó a realizar campamentos de materiales anuales para presentar a los estudiantes de secundaria (y, unos años más tarde, a sus profesores) el mundo de la ciencia y la ingeniería de materiales. Lo hicieron en parte porque "los estudiantes de secundaria parecían tener un conocimiento básico de todos los campos de la ingeniería excepto los materiales", dice Gregory B. Olson, quien ha estado involucrado en los campamentos durante muchos años.

Olson, quien recientemente se unió al Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales (DMSE) del MIT como Profesor de la Práctica de Thermo-Calc, dirigió el reciente Campamento del Genoma de Materiales en el MIT. Esta es la primera vez que se lleva a cabo un campamento de este tipo en el Instituto.

Durante el campamento, los maestros conocieron la Iniciativa del Genoma de Materiales (MGI, por sus siglas en inglés), que el presidente Obama anunció en 2011. Como explica Olson, es un esfuerzo por crear una "base de datos fundamental de los parámetros que dirigen el ensamblaje de las estructuras de los materiales, " al igual que el Proyecto Genoma Humano "es una base de datos física que dirige el ensamblaje de las estructuras de la vida".

El objetivo es utilizar la base de datos para diseñar, fabricar e implementar materiales avanzados el doble de rápido y a una fracción del costo en comparación con los métodos tradicionales, según el sitio web de MGI. El MGI "reconoció que los tipos de diseño de materiales computacionales que hemos estado practicando son reales y están listos, y es lo que todos deberían estar haciendo", dice Olson, quien fue cofundador del primer centro formado para impulsar el esfuerzo, que es financiado por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología como el centro multiinstitucional "CHiMaD" para el diseño jerárquico de materiales.

Fabricación de Frankensteel

Los profesores del MIT trabajaron con Thermo-Calc, un software informático utilizado para predecir estructuras de materiales (cada uno se fue a casa con una copia gratuita). Lo usaron para diseñar cuatro versiones diferentes de Frankensteel, el material inspirado en el villano de Terminator 2, cuyo cuerpo de metal puede recibir un golpe y luego repararse. "Queríamos centrarnos en algo que realmente emocionara a los estudiantes", dice Olson, cuya investigación continua de CHiMaD cuenta con el apoyo del Laboratorio de Investigación de Materiales del MIT.

Frankensteel está compuesto por una aleación de metal sostenida por una red de alambres hechos de una aleación con memoria de forma (materiales que experimentan un cambio de estructura reversible cuando se exponen al calor). Si el material compuesto se agrieta, puede "curarse" solo cuando se calienta a cierta temperatura. "Básicamente, se suelda solo a esa temperatura", dice Olson.

Para el campamento, los maestros primero diseñaron cuatro versiones de una aleación de estaño en lugar de la aleación de hierro que se usa en los Frankensteels comerciales. "Es una versión simplificada que se puede hacer en un laboratorio de química de la escuela secundaria", dice Olson. También calcularon cuántos cables son necesarios en cada compuesto.

Luego hicieron y probaron los materiales.

Todo el proceso se puede realizar en un laboratorio de química de la escuela secundaria, dice Olson, con la excepción de la prueba final. "Las pruebas son el mayor desafío para trasladar [la demostración] a las escuelas" debido al equipo involucrado. Olson señala, sin embargo, que las escuelas a veces pueden colaborar con las universidades locales para usar sus equipos. "Seguimos explorando otras formas en que los maestros pueden realizar las pruebas", dice Olson. "Uno de los profesores que ha estado involucrado en estos campamentos durante mucho tiempo incluso ha ideado un probador de tracción a base de madera que puede construir usted mismo y operar girando una manivela".

Materials Camp también incluyó varias conferencias invitadas, incluida una del profesor Christopher Schuh, profesor de metalurgia de Danae y Vasilis Salapatas y ex director de DMSE. Varias otras personas del MIT también participaron en Materials Camp. Los instructores técnicos Shaymus Hudson y Mike Tarkanian compartieron sus laboratorios e instruyeron a los maestros sobre cómo moldear y probar sus muestras. DMSE graduates students Krista Biggs, Clay Houser, and Julian Rackwitz, and Research Associate Dr. Margianna Tzini, helped coordinate the overall week.

Concludes Biggs:"We had an enthusiastic, curious group of teachers working on an interesting project, and it was a very fulfilling week." + Explora más

Research team develops new strategy for designing thermoelectric materials