Fuente: Universidad de Massachusetts Amherst Un equipo de investigadores de la Universidad de Massachusetts Amherst anunció recientemente...
Un equipo de investigadores de la Universidad de Massachusetts Amherst anunció recientemente en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias de EE.UU. que habían diseñado una nueva sustancia sólida similar al caucho que tiene cualidades sorprendentes.
Puede absorber y liberar cantidades muy grandes de energía. Y es programable. En conjunto, este nuevo material es muy prometedor para una amplia gama de aplicaciones, desde permitir que los robots tengan más potencia sin usar energía adicional, hasta nuevos cascos y materiales de protección que pueden disipar la energía mucho más rápido.
Esta banda de goma hipotética está hecha de un nuevo metamaterial, una sustancia diseñada para tener una propiedad que no se encuentra en los materiales naturales, que combina una sustancia elástica similar al caucho con pequeños imanes incrustados en ella. Este nuevo material "elasto-magnético" aprovecha una propiedad física conocida como cambio de fase para amplificar en gran medida la cantidad de energía que el material puede liberar o absorber.
Un cambio de fase ocurre cuando un material pasa de un estado a otro: piense en el agua que se convierte en vapor o en el concreto líquido que se endurece en una acera. Cada vez que un material cambia de fase, se libera o se absorbe energía. Y los cambios de fase no se limitan solo a los cambios entre los estados líquido, sólido y gaseoso: puede ocurrir un cambio de una fase sólida a otra. Un cambio de fase que libera energía se puede aprovechar como fuente de energía, pero obtener suficiente energía siempre ha sido la parte difícil.
Para amplificar la liberación o absorción de energía , se debe diseñar una nueva estructura a nivel molecular o incluso atómico. Sin embargo, esto es difícil de hacer y aún más difícil de hacer de una manera predecible. Pero al usar metamateriales, los científicos creen que "hemos superado estos desafíos y no solo hemos creado nuevos materiales, sino que también hemos desarrollado los algoritmos de diseño que permiten programar estos materiales con respuestas específicas, haciéndolos predecibles".
El equipo se ha inspirado en algunas de las respuestas rápidas como el rayo que se ve en la naturaleza, el cierre rápido de las trampas para moscas de Venus y las hormigas de mandíbula trampa.
Al incrustar diminutos imanes en el material elástico, es posible controlar las transiciones de fase de este metamaterial. Y debido a que el cambio de fase es predecible y repetible, se puede diseñar/programar el metamaterial para que haga exactamente lo que queremos que haga: absorber la energía de un gran impacto, o liberar grandes cantidades de energía para un movimiento explosivo.
Más información: Xudong Liang et al, Phase-transforming metamaterial with magnetic interactions, Proceedings of the National Academy of Sciences (2022). DOI: 10.1073/pnas.2118161119
Drew Lilley et al, Phase change materials for thermal energy storage: A perspective on linking phonon physics to performance, Journal of Applied Physics (2021). DOI: 10.1063/5.0069342
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