Investigadores de la Universidad de Toronto han logrado un avance significativo en el diseño de materiales ultraligeros con una resistencia sorprendente. Gracias a la aplicación de aprendizaje automático y impresión 3D a nanoescala, el equipo ha logrado crear materiales nanoarquitectónicos que combinan la resistencia del acero con una densidad tan baja como la del poliestireno.
El poder de las nanoredes de carbono
El equipo, dirigido por el profesor Tobin Filleter y el investigador Peter Serles, ha centrado su esfuerzo en el diseño de nanoredes de carbono, estructuras tridimensionales compuestas por unidades repetitivas de tamaño nanométrico.
Estos bloques de construcción, con un grosor que no supera los cientos de nanómetros, permiten que los materiales resultantes tengan un comportamiento estructural único a escalas diminutas.
Materiales ultraligeros y de alta resistencia
Utilizando un algoritmo de optimización bayesiana multiobjetivo, los investigadores han logrado diseñar materiales ultraligeros con una resistencia excepcional. Esta técnica de aprendizaje automático ha permitido que el equipo mejore las geometrías existentes y descubra nuevas configuraciones para maximizar la relación resistencia-peso.
Los resultados son impresionantes: estos nuevos materiales tienen una resistencia cinco veces superior a la del titanio por cada kilogramo de material, lo que los convierte en una opción ideal para aplicaciones que requieren alta durabilidad y bajo peso.
Impacto en la industria aeroespacial y más allá
Los avances en estos materiales nanoarquitectónicos pueden tener un impacto significativo en diversas industrias. En el ámbito aeroespacial, por ejemplo, sustituir componentes de titanio por estos materiales podría conducir a un ahorro de combustible de hasta 80 litros por año por cada kilogramo de material reemplazado.
Esto no solo mejora la eficiencia del combustible, sino que también reduce la huella de carbono de los vuelos, una gran ventaja en la lucha contra el cambio climático.
La impresora 3D de precisión como herramienta clave
Un factor clave en este logro ha sido el uso de una impresora 3D de dos fotones, tecnología que permite crear prototipos de nanoredes con una precisión extrema. Esta capacidad de impresión a escala nano fue fundamental para validar experimentalmente los diseños optimizados por el algoritmo de aprendizaje automático, asegurando que los materiales impresos cumplieran con las expectativas de rendimiento.
El equipo de la Universidad de Toronto, junto con colaboradores internacionales de instituciones como el Instituto Tecnológico de Karlsruhe (KIT) en Alemania y el MIT en Estados Unidos, continúa explorando nuevas formas de mejorar la escalabilidad de estos materiales ultraligeros.
A medida que perfeccionen sus diseños, los investigadores esperan que estos avances puedan ser aplicados a componentes a macroescala, lo que permitiría producirlos de manera rentable para una variedad de aplicaciones industriales.
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Fuente: Universidad de Toronto
Foto: Shutterstock
