por Kike Cuan & Majo Betancourt. ilustraciones por: Majo Betancourt
06-03-2023
por Kike Cuan & Majo Betancourt. ilustraciones por: Majo Betancourt
06-03-2023
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06-03-2023
¿Te has fijado cómo la naturaleza usa patrones? Las escamas de los reptiles, el interior del hueso, venas en las alas de los insectos. La naturaleza no se equivoca, bueno tal vez sólo con nosotros los humanos, pero todos estos patrones tienen una razón de ser. En futuras entradas a este blog hablaremos de cómo estos patrones han inspirado a la ingeniería, por ahora podemos enfocarnos en 2 ejemplos: la madera y el hueso. Ambos son porosos, esta porosidad cumple varias funciones, y es el resultado de muchos (muchos) años de diseño (evolución). Además de ofrecer otras ventajas como ventilación, reducción de peso, etc, lo poros hacen que la estructura ya sólo tenga el material necesario para cumplir con su labor. ¡En el caso de la madera proveer de soporte a los árboles y en el caso de los huesos proveer a uno que otro vertebrado, como tú!
Entonces podemos hacer uso de la porosidad (sí, de los poros) como herramienta en el diseño (mecánico). A esto le llamamos “metamaterial”, aunque también hay entes que los pueden llamar “materiales reticulados” o “materiales celulares”. La idea es usar la porosidad para controlar/ajustar una cierta propiedad. Por ejemplo, sabemos que entre más hoyos tenga una estructura será más flexible (menos rígida).
Cuando ya tenemos idea de cómo la forma de los poros aporta a la propiedad que queremos controlar y entonces la usamos a nuestra conveniencia lo que hemos creado es un metamaterial. Tratemos de visualizar esto con un ejemplo. El ejemplo más clásico en la naturaleza del uso óptimo de material es el panal de abejas. Si tomamos esa geometría (cuasi-hexágonos) y la repetimos de manera periódica habremos creado una estructura celular. Los parámetros que influyen en su diseño serían, el grosor de pared, y dimensiones de la pared (y tal vez el ángulo entre cada pared si no fuera hexágonos regulares, ósea que tengas todos sus lados iguales). Cada uno de estos parámetros forma lo que conocemos como “celda unitaria”, digamos que es la pieza de rompecabezas que al “ensamblarse” con otras (muchísimas) se forma la estructura celular o metamaterial, échale un ojo a la figura siguiente. Estos parámetros al ser modificados harán que ese panal de abejas cambie sus propiedades, si adelgazamos la pared la estructura será más flexible o menos rígida. Por otro lado, si reducimos el tamaño haremos más densa a la estructura ya que los hoyos serán cada vez más pequeños, esto hará que la estructura sea más rígida.
Ok ok, ¿pero si no quiero algo tan aburrido como un hexágono? ¿Qué más puedo explorar? La realidad es que hay infinitas maneras de lograr un metamaterial, no perder de vista que estamos usando la geometría para rellenar un espacio. ¿Te imaginas de cuántas maneras puedes lograr esto? Aquí unos ejemplos:
En futuras entradas a este nuevo blog intentaremos cubrir diferentes aspectos, misteriosos, mágicos y sorprendentes de los metamateriales. Éstos pueden incluir diseño basado en la naturaleza, la importancia de la forma en la mecánica, las mates de diseño, aplicaciones en biomedicina y vehículos, y uno que otro tema de interés. Stay tuned!
Sobre los autores:
Kike Cuan: profesor-investigador en diseño mecánico de metamateriales y mecanismos.
Majo Betancourt: estudiante de Maestría en Ciencias de la Ingeniería.
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