Un material que tambalea las definiciones tradicionales. En el laboratorio de Chiara Daraio, una investigadora de Caltech, surgió un hallazgo inesperado: un material con un comportamiento que combina características de sólidos y líquidos. Bautizado como PAM (Materiales arquitectónicos de Polytte)Este desarrollo podría revolucionar áreas como robóticadispositivos biomédicos o equipos de protección personal. Lo fascinante no es solo su versatilidad, sino cómo fue diseñada y qué lo hace único.
El estudio, publicado en Ciencia En enero de 2025, describe cómo los Pams Se inspiran en estructuras históricas como el nivel de malla medievalPero con un giro moderno gracias a la impresión 3D. Este avance representa una nueva clase de materiales que no solo ofrecen soluciones prácticas, sino que también repensan conceptos básicos en la ciencia de los materiales.
Pam es el acrónimo de Materiales diseñados policatenados (Materiales arquitectónicos de políticas). Estos materiales están compuestos por partículas interconectadas, como anillos o jaulas, organizadas en patrones de tres dimensiones. A diferencia de los materiales sólidos tradicionalesLas partículas no están rígidamente unidas, lo que les permite deslizarse entre sí bajo ciertas condiciones, dándoles propiedades únicas.
Un aspecto importante de los PAM es su estructura híbrida, que combina elementos de materiales cristalinos y granulares. Mientras que los cristales tradicionales han organizado partículas fijo, en las PAM las partículas pueden moverse y reorganizarse, imitando el flujo de materiales como la arena. Esta capacidad les permite adaptarse a diferentes tipos de estrés físico, algo que los diferencia de otros materiales conocidos.
Por otro lado, los investigadores han enfatizado que PAMS no solo ofrece un comportamiento dinámico, sino que también son altamente personalizables. Según el diseño de sus partículas y su disposición en la red, es posible ajustar sus propiedades físicas para responder específicamente a diversas aplicaciones tecnológicas.
Los PAM se destacan por su capacidad para adaptarse a las fuerzas que se aplican a ellos. Cuando se comprimen, se comportan como un sólido rígido, pero al aplicar una fuerza de corte, fluyen como un líquido. Este comportamiento, conocido como respuesta no newtoniana, es ajustable dependiendo de la configuración del material.
El equipo de Caltech realizó experimentos para medir cómo estos materiales responden a los esfuerzos de compresión, cizallamiento y torsión. Durante la evidencia, se observó que los PAM tienen “grados de libertad coordinada”, permitiendo sus partículas Deslice y gire libremente bajo ciertos estímulos. Según el investigador Wenjie Zhou, esta flexibilidad interna es la clave detrás de su comportamiento híbrido entre sólido y líquido.
Un ejemplo visual de este fenómeno es Una pam en forma de gotaque cuando la fuerza lateral se aplica como si fuera miel o agua, pero que bajo presión vertical Se endurece como un bloque sólido. Este tipo de respuesta ajustable lo convierte en un candidato ideal para aplicaciones donde es necesario combinar la rigidez estructural con la adaptabilidad.
Pams también ofrece un Absorción de energía excepcional. Sus partículas interconectadas disipan la energía de manera eficiente, lo que las hace ideales para dispositivos que necesitan soportar impactos o vibraciones constantes. Este comportamiento único podría reemplazar materiales como las espumas actuales en la protección o los productos de empaque.
Uno de los aspectos más innovadores de los PAM es cómo se fabrican. Los investigadores usaron Impresoras 3D avanzadas para crear redes de tres dimensiones de partículas interconectadas. Se utilizaron materiales como polímeros acrílicos, nylon y metales, dependiendo de las propiedades que se obtendrían en cada prototipo.
El proceso comienza con modelado computacional de alta precisión. Cada partícula está diseñada para encajar perfectamente con las demás, creando una estructura con múltiples grados de libertad. Esto permite que los PAM mantengan su capacidad de moverse o fluir sin perder la cohesión general de la red.
Por otro lado, los investigadores lograron escalar las muestras de estructuras microscópicas a objetos visibles al ojo humano, como los cubos de 5 cm. Esta escalabilidad demuestra el potencial práctico de las PAM para aplicaciones tanto en dispositivos pequeños como en estructuras más grandes.
La versatilidad de los PAM abre una variedad de aplicaciones prácticas. Por ejemplo, sus propiedades de Absorción de energía y adaptabilidad estructural Los hacen excelentes candidatos para equipos de protección, como cascos o chalecos a prueba de balas. También podrían usarse en Dispositivos médicosdonde su capacidad de reconfiguración facilitaría el diseño de implantes más efectivos.
Los experimentos también han demostrado que PAMS responde a las cargas eléctricasexpandido o contraído de acuerdo con el estímulo. Esto sugiere un gran potencial en robótica blanda, donde podrían usarse para crear materiales que se adapten dinámicamente a las necesidades del entorno.
Otra posible aplicación está en Sistemas de embalaje y amortiguación. Gracias a su capacidad para disipar la energía, PAMS podría reemplazar materiales como el poliestireno en el envasado sensible. También se considera su uso en entornos extremos, como las estructuras aeroespaciales, donde las condiciones cambiantes requieren materiales con respuestas dinámicas.
Finalmente, los investigadores enfatizan que la personalización de PAMS le permite diseñar soluciones específicas para cada problema. Desde estructuras microdispositivas a arquitectónicas, este material tiene el potencial de cambiar radicalmente la forma en que abordamos la fabricación y el diseño.
La introducción de los PAM representa Un cambio de paradigma en la ingeniería de materiales. Como explica Daraio, “estos materiales llenan un vacío entre los materiales granulares y los sólidos deformables, creando un nuevo campo de estudio que podría redefinir cómo entendemos la materia”.
El equipo de investigación sugiere que, con tecnologías como la inteligencia artificial, sería posible acelerar el diseño y la optimización de estas estructuras. Esto abriría la puerta a aplicaciones que parecen ciencia ficción hoy, marcando un antes y después en el diseño de materiales.
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