En una investigación reciente, ingenieros de la Universidad de Colorado Boulder y los Laboratorios Nacionales Sandia han desarrollado un nuevo diseño de almohadilla que puede soportar grandes impactos. La innovación del equipo se puede imprimir en impresoras 3D disponibles comercialmente y algún día podría usarse en cualquier cosa, desde cajas de envío hasta almohadillas de fútbol que ayuden a proteger objetos frágiles o el cuerpo humano de los golpes de la vida.
El equipo describe la técnica en un artículo publicado recientemente en la revista Advanced Materials Technology.
Robert MacCurdy, autor correspondiente del estudio y profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Mecánica Paul M. Rady de CUHK-Boulder, dijo: "La mitigación de impactos es importante en todas partes. Este material se encuentra en barreras contra accidentes en carreteras, rodilleras y coderas, y equipos de embalaje".
Este estudio da una nueva mirada a algo que la mayoría de las personas encuentran con frecuencia pero que rara vez notan: las burbujas. Son materiales blandos llenos de innumerables pequeños agujeros y canales. Como empacar cacahuetes o pelotas antiestrés. MacCurdy dice que las espumas absorben muy bien los impactos, pero tienen un gran inconveniente: si aprietas la espuma demasiado fuerte, eventualmente se comprimirá hasta convertirse en una masa dura.
Él y sus colegas pensaron que podían hacerlo mejor. En el nuevo estudio, el equipo escribió algoritmos informáticos que rediseñaron cuidadosamente la estructura interna de los materiales de amortiguación, permitiéndoles plegarse cuando estaban bajo tensión, pero sólo en patrones cuidadosamente diseñados. Cuando el equipo probó su diseño en el laboratorio, descubrieron que su almohadilla podía absorber hasta un 25 por ciento más de fuerza que la tecnología de punta actual. "Los materiales utilizados para absorber el impacto son importantes", dijo MacCurdy, "pero lo que realmente importa es la geometría".
Para entender por qué algunos cojines funcionan bien y otros no, por ejemplo, son esos pequeños rincones los que le dan elasticidad a una esponja. Cuando aprietas la esponja, estos espacios comienzan a cerrarse, absorbiendo energía.
Algunos ingenieros han ido más allá de este diseño básico. En cambio, crean el relleno con una red de torres hexagonales o "celosías" que se parecen un poco a los panales. Si un defensor golpea esta amortiguación, el impacto hace que el panal colapse en forma de onda. Este es un método más eficaz para absorber fuerza.
Pero MacCurdy señala que los investigadores han luchado durante mucho tiempo para encontrar almohadillas que cumplan con el estándar de oro: tecnología que pueda absorber no sólo mucha fuerza, sino muchas fuerzas diferentes con la misma habilidad.
"Si tienes un accidente mientras andas en bicicleta, no sabes si fue un impacto a baja velocidad o a alta velocidad. Pero de todos modos, lo que quieres es que el casco funcione bien", dijo. "Estamos intentando desarrollar una geometría que funcione bien en todas estas situaciones".
Para crear una alfombra más versátil, el ingeniero y sus colegas optaron por reorganizar las estructuras internas de los objetos, hasta un tamaño tan pequeño como un milímetro.
El equipo primero diseñó la red celular utilizando un software personalizado y luego la modificó para agregar algunos detalles, un poco como el fuelle de un acordeón. Durante el impacto, estas torceduras ayudan a guiar el panal hacia abajo, lo que le permite colapsar más suavemente.
"Cuando empiezas a comprimir estas estructuras, absorben una cierta cantidad de fuerza", dijo MacCurdy. "Los mejores diseños de amortiguadores mantienen una fuerza constante en todo el rango de compresión".
En otras palabras, a diferencia de la espuma, estas almohadillas no cambiarán por mucho que las presiones, o al menos no más allá de un cierto valor máximo.
Los investigadores también querían asegurarse de que sus almohadillas pudieran soportar golpes y magulladuras en el mundo real. Utilizaron una impresora 3D para crear pequeñas almohadillas del tamaño de un ladrillo a partir de un material elástico llamado poliuretano termoplástico. Luego lo exprimieron con una máquina de prueba de impacto.
El equipo de investigación descubrió que sus bloques absorbían aproximadamente seis veces más energía que la espuma estándar hecha del mismo material, y hasta un 25% más de energía que otros diseños de panal. MacCurdy y sus colegas están trabajando actualmente para mejorar aún más su estructura. Añadió que los ingenieros pueden hacer diseños de este tipo a partir de muchos tipos diferentes de materiales, desde plásticos flexibles hasta sustancias más duras como el aluminio.
Fuente compilada: ScitechDaily