Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han realizado un avance significativo en el desarrollo de materiales sintéticos que imitan la estructura de las conchas marinas, específicamente el nácar. Este nuevo material, diseñado con múltiples capas que responden de manera diferente al estrés, tiene el potencial de revolucionar aplicaciones en sistemas de absorción de energía, como parachoques de automóviles y vendajes que se adaptan a la gravedad de las lesiones.
Un enfoque innovador en la ingeniería de materiales
Históricamente, muchos estudios se han centrado en la ingeniería inversa para replicar materiales naturales como huesos, plumas y madera, buscando reproducir sus respuestas no lineales al estrés mecánico. Sin embargo, el equipo liderado por la profesora Shelly Zhang ha propuesto un marco innovador que permite el diseño de materiales multicapa programables. Este enfoque va más allá de la mera imitación de la naturaleza, ya que se basa en la interconexión a microscale de las capas para responder de manera más eficiente a las perturbaciones locales.
“Este trabajo surgió de una conversación con mi colaborador, el profesor Ole Sigmund, sobre cómo podíamos alcanzar comportamientos extremos en materiales, pero siempre existe un límite físico que los materiales individuales pueden alcanzar”, explicó Zhang. “Esto nos llevó a considerar cómo podríamos diseñar materiales que se comporten de maneras más complejas y efectivas en situaciones reales, como el caso de los parachoques de automóviles que deben absorber energía en colisiones”.
El equipo se propuso diseñar materiales multicapa donde cada capa puede exhibir diferentes propiedades y comportamientos, permitiendo que colaboren de manera sinérgica. “Nuestro nuevo marco presenta varias ventajas sobre las metodologías existentes para respuestas no lineales de esfuerzo-deformación”, añadió Zhang.
Durante el proceso de fabricación, los investigadores se encontraron con diferencias entre el material teórico y el material fabricado. “Este tipo de discrepancia es algo que siempre se presenta en la vida real”, reconoció Zhang. “Sin embargo, podemos aprovechar esta información para programar intencionalmente la secuencia de deformación de cada célula individual, almacenando información y luego decodificándola más tarde”.
A pesar de los retos que aún enfrenta la escalabilidad de la fabricación de este tipo de materiales, Zhang concluyó que la colaboración entre diferentes capas de material puede llevar a resultados mucho más impactantes que si cada capa actuara de manera independiente. Este hallazgo no solo tiene implicaciones en la ingeniería de materiales, sino que también resalta la importancia de la colaboración en la ciencia y la investigación.
Más información:
Zhi Zhao et al, Extreme nonlinearity by layered materials through inverse design, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adr6925
