Los chalecos antibalas antiguos tienen mucho en común con los chalecos antibalas modernos. Ambos brindan protección contra las armas pero son pesados, voluminoso e inflexible. La idea básica detrás de la armadura corporal no ha cambiado mucho en los últimos miles de años. Primero, la armadura evita que las armas o proyectiles lleguen al cuerpo de una persona. Segundo, difunde la energía del arma para que el impacto final cause menos daño. Si bien no es eficaz en todas las situaciones, La armadura generalmente puede ayudar a proteger a las personas de lesiones graves o la muerte. especialmente contra el armamento adecuado.
A través de los años, la gente ha tenido que desarrollar armaduras más fuertes y avanzadas para protegerse contra armas cada vez más sofisticadas. Sin embargo, a pesar de estas mejoras, Las armaduras corporales modernas todavía tienen algunas de las mismas deficiencias que las formas antiguas de armaduras. Ya sea que esté hecho de placas de metal o capas de tela, la armadura suele ser pesada y voluminosa. Muchos tipos son rígidos, por lo que no son prácticos para usar en brazos, piernas y cuellos. Por esta razón, Los trajes medievales de armadura de placas tenían huecos y juntas para permitir que las personas se movieran, y el chaleco antibalas que se usa hoy en día a menudo protege solo la cabeza y el torso.
Uno de los tipos más nuevos de chalecos antibalas, aunque, es flexible y ligero. Por extraño que parezca, esta mejora proviene de la adición de líquido a los materiales de armadura existentes. Si bien no está completamente listo para el combate, La investigación de laboratorio sugiere que la armadura corporal líquida tiene el potencial de ser un buen reemplazo o complemento de los chalecos más voluminosos. Finalmente, soldados los oficiales de policía y otras personas pueden usarlo para proteger sus brazos y piernas.
Los dos tipos principales de chalecos antibalas líquidos actualmente en desarrollo comienzan con una base de DuPont Kevlar , comúnmente utilizado en chalecos antibalas. Cuando una bala o un trozo de metralla golpea un chaleco de Kevlar, las capas de material extienden el impacto sobre una gran superficie. La bala también estira las fibras de Kevlar, gastando energía y ralentizando el proceso. El concepto es similar a lo que sucede cuando la bolsa de aire de un automóvil propaga el impacto y ralentiza el movimiento del torso de una persona durante una colisión.
Aunque el Kevlar es un tejido, La armadura de kevlar no se mueve ni se cubre como lo hace la ropa. Se necesitan entre 20 y 40 capas de Kevlar para detener una bala, y esta pila de capas es relativamente rígida. También es pesado:un chaleco solo a menudo pesa más de 10 libras (4.5 kilogramos), incluso sin insertos de cerámica para una protección adicional.
Dos fluidos diferentes, sin embargo, puede permitir que la armadura de Kevlar use muchas menos capas, haciéndolo más ligero y flexible. Ambos tienen una cosa en común:reaccionan fuertemente en respuesta a un estímulo. Próximo, veremos de qué están hechos estos líquidos y por qué reaccionan de la manera en que lo hacen.
Fluido espesante de cizallamiento utilizado para armaduras corporales líquidas Foto del sargento. Lorie Jewell / cortesía del Ejército de los EE. UU. El término "armadura corporal líquida" puede ser un poco engañoso. Para algunas personas, trae a la mente la idea de mover fluido intercalado entre dos capas de material sólido. Sin embargo, Ambos tipos de armadura líquida en desarrollo funcionan sin una capa líquida visible. En lugar de, utilizan Kevlar que se ha empapado en uno de dos líquidos.
El primero es un fluido espesante de cizallamiento (STF) , que se comporta como un sólido cuando encuentra tensión mecánica o cortar . En otras palabras, se mueve como un líquido hasta que un objeto lo golpea o lo agita con fuerza. Luego, se endurece en unos pocos milisegundos. Esto es lo opuesto a un fluido adelgazador , como pintura, que se vuelve más delgado cuando se agita o se sacude.
Puede ver cómo se ve el líquido espesante por cizallamiento al examinar una solución de partes casi iguales de almidón de maíz y agua. Si lo revuelve lentamente, la sustancia se mueve como un líquido. Pero si lo golpeas su superficie se solidifica abruptamente. También puedes darle forma de bola, pero cuando dejas de presionar, la bola se cae a pedazos.
Así es como funciona el proceso. El fluido es un coloide , hecho de diminutas partículas suspendidas en un líquido. Las partículas se repelen ligeramente, por lo que flotan fácilmente por todo el líquido sin aglutinarse ni depositarse en el fondo. Pero la energía de un impacto repentino abruma las fuerzas repulsivas entre las partículas:se pegan, formando masas llamadas hidroclusters . Cuando la energía del impacto se disipa, las partículas comienzan a repelerse de nuevo. Los hidrocúmulos se desmoronan, y la sustancia aparentemente sólida se vuelve líquida.
Antes del impacto, las partículas en el fluido espesante por cizallamiento están en un estado de equilibrio. Después del impacto, se agrupan, formando estructuras sólidas. El fluido utilizado en las armaduras corporales está hecho de sílice partículas suspendidas en polietilenglicol . La sílice es un componente de arena y cuarzo, y el polietilenglicol es un polímero comúnmente utilizado en laxantes y lubricantes. Las partículas de sílice tienen solo unos pocos nanómetros de diámetro, muchos informes describen este fluido como una forma de nanotecnología.
Para hacer una armadura corporal líquida con líquido espesante de cizallamiento, Los investigadores primero diluyen el líquido en etanol. Saturan el Kevlar con el líquido diluido y lo colocan en un horno para evaporar el etanol. El STF luego impregna el Kevlar, y las hebras de Kevlar mantienen el fluido lleno de partículas en su lugar. Cuando un objeto golpea o apuñala el Kevlar, el líquido se endurece inmediatamente, haciendo el Kevlar más fuerte. El proceso de endurecimiento ocurre en solo milisegundos, y la armadura vuelve a ser flexible después.
En pruebas de laboratorio, Kevlar tratado con STF es tan flexible como simple, o ordenado, Kevlar. La diferencia es que es más fuerte por lo que la armadura que usa STF requiere menos capas de material. Cuatro capas de Kevlar tratado con STF pueden disipar la misma cantidad de energía que 14 capas de Kevlar puro. Además, Las fibras tratadas con STF no se estiran tanto al impacto como las fibras ordinarias, lo que significa que las balas no penetran tan profundamente en la armadura o el tejido de una persona debajo. Los investigadores teorizan que esto se debe a que la bala necesita más energía para estirar las fibras tratadas con STF.
Kevlar tratado después del impacto de una bala Foto cortesía del sargento del fotógrafo y del ejército de los EE. UU. Lorie Jewell La investigación sobre blindaje corporal líquido basado en STF está en curso en el Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU. Y en la Universidad de Delaware. Investigadores del MIT, por otra parte, están examinando un fluido diferente para usar en chalecos antibalas. Veremos su investigación a continuación.
La hoja lenta penetra el escudoLa armadura corporal basada en STF tiene paralelos en el mundo de la ciencia ficción. En el universo de "Dune, "Un dispositivo llamado generador de Holtzman puede producir un escudo protector. Solo los objetos que se mueven a velocidades lentas pueden penetrar este escudo. De manera similar, Los objetos que se mueven lentamente se hundirán a través del fluido espesante sin que se endurezca. En baja velocidad, o cuasiestático , pruebas de cuchillo, un cuchillo puede penetrar tanto el Kevlar puro como el Kevlar tratado con STF. Sin embargo, el Kevlar tratado con STF sufre un daño ligeramente menor, posiblemente porque el líquido hace que las fibras se peguen.
Cuando se expone a un campo magnético, las partículas en el fluido magnetorreológico se alinean a lo largo de las líneas de campo. El otro fluido que puede reforzar la armadura de Kevlar es fluido magnetorreológico (MR) . Los fluidos de RM son aceites que están llenos de planchar partículas. A menudo, los tensioactivos rodean las partículas para protegerlas y ayudar a mantenerlas suspendidas dentro del fluido. Típicamente, las partículas de hierro comprenden entre el 20 y el 40 por ciento del volumen del fluido.
Las partículas son diminutas midiendo entre 3 y 10 micrones. Sin embargo, tienen un efecto poderoso sobre la consistencia del fluido. Cuando se expone a un campo magnético, las partículas se alinean, espesando el líquido dramáticamente. El término "magnetorreológico" proviene de este efecto. La reología es una rama de la mecánica que se centra en la relación entre la fuerza y la forma en que un material cambia de forma. La fuerza del magnetismo puede cambiar tanto la forma como la viscosidad de los fluidos MR.
El proceso de endurecimiento toma alrededor de veinte milésimas de segundo. El efecto puede variar dramáticamente dependiendo de la composición del fluido y el tamaño, forma y fuerza del campo magnético. Por ejemplo, Los investigadores del MIT comenzaron con partículas esféricas de hierro, que pueden deslizarse unos sobre otros, incluso en presencia del campo magnético. Esto limita la dureza de la armadura, por lo que los investigadores están estudiando otras formas de partículas que pueden ser más efectivas.
Al igual que con STF, puede ver cómo se ven los fluidos de resonancia magnética usando elementos comunes. Las limaduras de hierro mezcladas con aceite crean una buena representación. Cuando no hay campo magnético presente, el fluido se mueve con facilidad. Pero la influencia de un imán puede hacer que el líquido se vuelva más espeso o tome una forma diferente a la de su recipiente. Algunas veces, la diferencia es muy dramática visualmente, con el fluido formando picos distintivos, abrevaderos y otras formas. Los artistas incluso han utilizado imanes y fluidos de resonancia magnética o ferrofluidos similares para crear obras de arte.
Con la combinación correcta de densidad, forma de partícula y fuerza de campo, El líquido de RM puede cambiar de un líquido a un sólido muy espeso. Al igual que con el fluido espesante de cizalla, este cambio podría aumentar drásticamente la fuerza de una pieza de armadura. El truco consiste en activar el cambio de estado del fluido. Dado que los imanes lo suficientemente grandes como para afectar a todo un traje serían pesados y poco prácticos de transportar, los investigadores proponen la creación de pequeños circuitos que se ejecutan a lo largo de la armadura.
Fluido magnetorreológico antes y después de la exposición a un campo magnético Sin corriente fluyendo a través de los cables, la armadura permanecería blanda y flexible. Pero al presionar el interruptor, los electrones comenzarían a moverse a través de los circuitos, creando un campo magnético en el proceso. Este campo haría que la armadura se endureciera y endureciera instantáneamente. Voltear el interruptor a la posición de apagado detendría la corriente, y la armadura volvería a ser flexible.
Además de hacer más fuerte, encendedor, armadura más flexible, Las telas tratadas con fluidos espesantes por cizallamiento y magnetorreológicos también podrían tener otros usos. Por ejemplo, tales materiales podrían crear mantas para bombas que son fáciles de doblar y transportar y aún pueden proteger a los transeúntes de explosiones y metralla. Las botas de salto tratadas pueden endurecerse con el impacto o cuando se activan, protegiendo las botas de los paracaidistas. Los uniformes de los guardias de la prisión podrían hacer un uso extensivo de la tecnología de armadura líquida, especialmente porque es más probable que los guardias de armas se encuentren con objetos contundentes y espadas caseras.
Sin embargo, las tecnologías tienen algunos pros y contras. Aquí hay un resumen:
Ninguno de los dos tipos de armadura está listo para usarse en el campo de batalla. La armadura de Kevlar tratada con STF podría estar disponible a finales de 2007 [Fuente:Business Week]. El fluido MR puede requerir otros cinco a 10 años de desarrollo antes de que pueda detener las balas de manera constante. [Fuente:Science Central]. Consulte los enlaces de la página siguiente para obtener más información sobre tecnología militar, armaduras corporales y temas relacionados.
Otros usos de los fluidos de resonancia magnéticaLos fluidos MR tienen numerosos usos además de fortalecer la armadura corporal. Su capacidad para cambiar de líquidos a semisólidos casi instantáneamente los hace útiles para amortiguar impactos y vibraciones en elementos como:
Dado que puede cambiar de forma instantánea y reversible, también se puede utilizar para crear pantallas braille con desplazamiento o moldes reconfigurables.
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Fuentes
