Investigadores de la Universidad de Monash han descubierto un nuevo motivo de diseño derivado de la cubierta externa rígida de los invertebrados que puede ayudar a crear materiales más tolerantes a los daños para la edificación y la construcción en el futuro.

En un artículo publicado en Nature Communications , el profesor Wenhui Duan del Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de Monash dice que el nuevo patrón, que se suma a los ocho patrones de diseño estructural biológico conocidos y comunes, puede agregar un motivo de alta resistencia a los materiales de construcción de uso común, como compuestos y cemento, y puede ayudar reducir las emisiones de carbono.

La industria del cemento es una de las mayores productoras de dióxido de carbono, generando hasta el 8% de las emisiones de este gas provocadas por el hombre en todo el mundo; este descubrimiento ayudará a reducir el uso de cemento al mejorar la tolerancia al daño del material.

El equipo de investigación reprodujo el motivo del diseño en material de cemento, uno de los materiales de construcción más consumidos en el mundo. Adoptaron una técnica de impresión 3D combinada con nanotecnología e inteligencia artificial para fabricar un compuesto de cemento liviano que adoptó este motivo de diseño segmentario, demostrando una capacidad de carga superior y un patrón de falla progresiva único.

"Demostramos la aplicación de este motivo de diseño en la producción de un material de cemento liviano de alta resistencia y tolerante al daño. Además, este motivo de diseño también se puede aplicar a varios materiales como cerámica, vidrio, materiales poliméricos y metálicos para el diseño de materiales avanzados, energía almacenamiento/conversión y estructuras arquitectónicas, en colaboración con los equipos de la Universidad de Queensland y la Universidad de Manchester", dice el profesor Duan.

Desde el descubrimiento de la estructura helicoidal en 1972, uno de los patrones estructurales más comunes en biología, ha habido un impulso para extraer motivos de diseño de más de 7 millones de especies vivas en el mundo para ayudar a la fabricación de materiales estructurados/estructurales.

Después de casi 50 años de investigación, se han confirmado repeticiones notables en la mayoría de las clases de especies, pero hasta ahora solo se han extraído y adoptado ocho categorías de motivos de diseño en el diseño de materiales.

La nueva estructura de diseño se ha identificado en varias especies, como los exoesqueletos de artrópodos, las patas de mamíferos, anfibios y reptiles. Estos motivos de diseño son valiosas fuentes de inspiración para el diseño de materiales modernos y ayudan en la fabricación de materiales estructurales.

"En comparación con el motivo de diseño actual, nuestro motivo de diseño segmentario disipa la energía mediante la rotación del segmento. La belleza de nuestro motivo de diseño descubierto es que el material puede exhibir un comportamiento de falla progresivo periódico único. Significa que podemos contener el daño dentro de una región particular de material, mientras que el resto de la estructura aún puede mantener la integridad y la mayor parte (alrededor del 80%) de la capacidad de carga". + Explora más

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