Unos científicos han publicado un nuevo estudio en el que se ha presentado un avance innovador en el diseño de materiales inspirados en la naturaleza, específicamente en la estructura de los caparazones y conchas de animales como tortugas, cangrejos y moluscos. Estos organismos han desarrollado, a lo largo de millones de años de evolución, estructuras protectoras que no solo son resistentes, sino también adaptativas, capaces de absorber impactos y distribuir la fuerza de los golpes sin romperse.
Inspirándose en estas cualidades naturales tan asombrosas, un equipo de ingenieros liderado por Shelly Zhang, de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, y Ole Sigmund, de la Universidad Técnica de Dinamarca, ha desarrollado un nuevo tipo de material sintético que imita y mejora estos principios naturales. Lo que podría tener múltiples aplicaciones para la protección de los humanos frente accidentes o en cuestiones militares.
Las conchas de los moluscos podrían servir para conseguir mejores blindajes para los soldados
El enfoque tradicional en biomimética suele consistir en copiar directamente estructuras naturales, pero en el entorno de un laboratorio. Sin embargo, este equipo fue más allá al diseñar materiales multicapa que no solo reproducen los patrones naturales, sino que los programan para responder de manera coordinada y adaptativa al estrés. Su principal inspiración fue el nácar, también conocido como madreperla, una sustancia presente en el interior de conchas de moluscos. El nácar se destaca por su combinación de dureza y tenacidad, producto de su estructura de capas microscópicas.
A partir de este modelo natural, los investigadores crearon capas sintéticas que trabajan juntas, cada una con diferentes propiedades mecánicas. Estas capas no actúan como elementos aislados, sino que colaboran activamente para disipar la energía del impacto. Un aspecto particularmente novedoso del diseño es el uso del “pandeo” como un mecanismo funcional y no como señal de fallo. Este pandeo en etapas permite distribuir mejor la fuerza y absorber más energía que los materiales tradicionales de absorción de impactos.
Lo revolucionario del estudio no es solo la composición del material, sino también cómo se ha programado a nivel microscópico. Las conexiones entre las capas están cuidadosamente diseñadas para que el material actúe como una unidad coherente e "inteligente", capaz de adaptar su respuesta a diferentes tipos de carga. Este enfoque representa una mejora significativa respecto a los métodos anteriores, que se limitaban a estructuras de una sola capa o arreglos menos integrados.
Durante las pruebas físicas realizadas por los investigadores, los prototipos no se comportaron exactamente como predecían los modelos computacionales, lo cual resultó ser valioso. Las discrepancias ofrecieron nueva información sobre cómo refinar el diseño y programar el comportamiento de las capas para futuros desarrollos. No obstante, aún existen desafíos en la producción a gran escala, el concepto ya supone un importante avance en el diseño de materiales más seguros e inteligentes para aplicaciones como defensas de automóviles o protecciones personales para el ejército.
Zhang concluye que, al igual que en la naturaleza, la colaboración entre distintos componentes puede generar propiedades y comportamientos mucho más avanzados que los logrados de forma individual. Este enfoque colaborativo promete revolucionar el diseño de materiales en múltiples industrias como la de Defensa, donde el blindaje es prioritario para soldados y vehículos.