Científicos estadounidenses han desarrollado una nueva fibra de alta tecnología que combina la elasticidad del caucho con la resistencia de un metal.
El material más resistente e indestructible imita la piel humana, pero también conduce la electricidad y se autocura después de su uso, factores importantes para la electrónica extensible y la robótica blanda.
También se puede utilizar para materiales de embalaje o textiles de alta gama.
«Una buena manera de explicar el material es pensar en bandas elásticas y alambres de metal», dijo el profesor Michael Dickey. en la Universidad Estatal de Carolina del Norte.
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“Una banda elástica puede estirarse mucho, pero no se necesita mucha fuerza para estirarla. Un alambre de metal requiere mucha fuerza para estirarlo, pero no puede soportar mucha tensión: se rompe antes de que puedas estirarlo mucho. Nuestras fibras tienen lo mejor de ambos mundos”.
«Los materiales duros que se encuentran en la naturaleza mantienen la integridad estructural de muchos tejidos biológicos frente a las cargas externas. El colágeno, por ejemplo, fortalece la piel en una red compuesta de fibras que disipan la energía de manera rápida y eficiente y evitan que los cortes se propaguen. El músculo humano se fortalece con la biomolécula titina, que se despliega de forma reversible para absorber las cargas de tracción.
«Estos tipos de tejidos no solo deben ser estirables para adaptarse a la deformación por tracción, sino que también deben ser resistentes para evitar fallas mecánicas.
«La capacidad de imitar estas propiedades es importante tanto para las funciones prácticas (p. ej., embalaje y equipo de protección) como para las aplicaciones emergentes que experimentan elongación (p. ej., electrónica estirable, robótica blanda y piel electrónica).
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La nueva fibra tiene un núcleo metálico de galio rodeado por una funda de polímero elástico, que es mucho más resistente que el alambre de metal o la propia funda de polímero.
Cuando se somete a tensión, la fibra tiene la fuerza del núcleo de metal, pero cuando el metal se rompe, la fibra no falla porque la cubierta de polímero absorbe la tensión entre las roturas de metal y transfiere la tensión de vuelta al núcleo de metal.
Esta respuesta es similar a cómo el tejido humano mantiene unidos los huesos rotos.
«Cada vez que el núcleo de metal se rompe, disipa energía, lo que permite que la fibra continúe absorbiendo energía a medida que se alarga», dice Dickey. “En lugar de romperse en dos cuando se estira, puede estirarse hasta siete veces su longitud original antes de fallar, al mismo tiempo que causa muchas roturas adicionales en el cable a lo largo del camino.
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“Pensándolo de otra manera, la fibra no se romperá y perderá mucho peso. En cambio, al liberar energía repetidamente a través de pausas internas, la fibra reduce el peso de manera lenta y constante”.
El núcleo de galio también es conductor, aunque pierde su conductividad cuando se rompe el núcleo interno, pero las fibras también se pueden reutilizar fundiendo los núcleos metálicos nuevamente.
El autor correspondiente del estudio dijo: «Hay mucho interés en la ingeniería de materiales para imitar la dureza de la piel, y desarrollamos una fibra que superó la dureza de la piel pero que sigue siendo elástica como la piel».
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“Usamos galio para este trabajo de prueba de concepto, pero las fibras podrían ajustarse para cambiar sus propiedades mecánicas o conservar la funcionalidad a temperaturas más altas mediante el uso de diferentes materiales en el núcleo y el revestimiento.
“Esto es solo una prueba de concepto, pero tiene mucho potencial. Estamos interesados en ver cómo estas fibras podrían usarse en robótica blanda o cuando se tejen en textiles para diversas aplicaciones”.
El estudio fue publicado en la revista Avances en la ciencia.
(RELOJ video educativo a continuación)
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