La impresión 3D, las simulaciones por ordenador y conceptos innovadores son algunos de los factores que están ayudando a desarrollar los metamateriales, materiales con propiedades imposibles de encontrar en la naturaleza, pero todavía hay que perfeccionar las técnicas de producción. Esta es una de las conclusiones de la revisión que han llevado a cabo investigadores de la Universidad Carlos III de Madrid y otros centros internacionales sobre los últimos avances en metamateriales mecánicos flexibles.
La investigación en el campo de los metamateriales, diseñados para tener propiedades inusuales como que puedan cambiar su forma o dureza, ha avanzado mucho en los últimos años de la mano de tecnologías como la impresión 3D, la simulación por ordenador o ciertas innovaciones conceptuales.
El tema ha sido portada de la revista Nature Reviews Materials por un artículo sobre los desafíos a los que se enfrentan los metamateriales mecánicos flexibles publicado por científicos de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) y de las universidades de Chicago, Harvard (ambas en EEUU) y Leiden (en Países Bajos).
“Los metamateriales mecánicos tienen propiedades que no pueden realizar los materiales convencionales”, comenta uno de los autores del estudio, Johan Christensen, del departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales e Ingeniería Química de la UC3M. En este artículo los investigadores han revisado los estudios científicos más recientes en este ámbito en cuestiones como las estructuras no lineales.
“Estos metamateriales exhiben funcionalidades exóticas, como transformaciones de patrón y forma en respuesta a fuerzas mecánicas”, señala el estudio. Un ejemplo son las estructuras basadas en el origami (el arte del plegado del papel para obtener figuras de formas variadas) o en el kirigami (el arte del papel cortado para obtener polígonos).
Una gran cantidad de los estudios científicos que se desarrollan en la actualidad están orientados al diseño de nuevos metamateriales topológicos capaces de tener un índice de refracción ajustable. Esto permitiría cambiar y guiar la dirección de las ondas, lo que abre la puerta a materiales que desvíen las ondas de luz visible y obtengan cierto rango de invisibilidad.
Retos por delante
En este estudio los investigadores también han analizado algunos de los retos a los que se enfrentan los científicos que trabajan en este campo, como el impacto que tienen ciertas tecnologías que se encuentran en pleno desarrollo, como la impresión 3D o el corte por láser, por ejemplo. “Muchas de estas técnicas aún se encuentran en sus primeras etapas”, señalan, pero abren la posibilidad de combinar materiales con funcionalidades específicas para obtener metamateriales híbridos con “propiedades optomecánicas, termomecánicas o electromecánicas”.
Johan Christensen desarrolla esta línea de investigación sobre metamateriales en el marco de un proyecto científico más amplio, una ERC Starting Grant Horizonte 2020 financiada por la Unión Europea (GA 714577) que se denomina Frontiers in Phononics: Party-Time Symmetric Phononic Metamaterials (PHONOMETA). En este contexto, su objetivo es analizar y diseñar una nueva generación de metamateriales basados en semiconductores piezoeléctricos que permitan optimizar el funcionamiento de sistemas acústicos complejos, como los sonar utilizados en los submarinos.
Referencia bibliográfica:
Katia Bertoldi, Vincenzo Vitelli, Johan Christensen & Martin van Hecke. "Flexible mechanical metamaterials". Nature Reviews Materials 2, article number: 17066 (2017) Published online: 17 Oct. doi:10.1038/natrevmats.2017.66 https://www.nature.com/articles/natrevmats201766
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