En los últimos años, la impresión 3D ha revolucionado la forma de diseñar y fabricar materiales, abriendo camino a innovaciones extraordinarias. Una de las tendencias más prometedoras es el uso de la biomimética: la imitación de las estructuras y estrategias de la naturaleza para desarrollar materiales avanzados con propiedades únicas. Esto se ha utilizado para crear un material impreso en 3D ultrarresistente.
El reciente proyecto, de la Universidad de Genoa (Italia) y el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, Estados Unidos), consiste en el desarrollo mediante impresión 3D de un material ultrarresistente inspirado en las diatomeas, microalgas marinas tan pequeñas que son invisibles a simple vista.
A pesar de su tamaño, poseen propiedades extraordinarias: pueden almacenar entre el 20 % y el 50 % del CO2 producido en la Tierra.
Además de su capa protectora, posee propiedades mecánicas únicas: es el material natural con mayor resistencia en relación con su peso, y la estructura protectora, llamada frústula, posee notables propiedades de absorción de energía.
Reproducción de las propiedades estructurales de las diatomeas mediante impresión 3D
La frústula de diatomea exhibe una arquitectura jerárquica multicapa con una intrincada disposición de microporos y nanoporos que optimizan la resistencia estructural, la dinámica de fluidos que interactúa con el organismo vivo y la absorción de la luz solar.
Su organización estructural garantiza un equilibrio perfecto entre ligereza, resistencia, flotabilidad, absorción de nutrientes, eliminación de desechos y conversión de energía para el sustento de la célula. Como resultado, se obtiene un modelo extraordinario de material resiliente multifuncional.
La compleja arquitectura multiescala de las frústulas de diatomeas ha intrigado durante mucho tiempo a científicos, ingenieros e incluso artistas, pero hasta ahora no se habían identificado con precisión las estrategias de diseño subyacentes.
El equipo de investigación de la Universidad de Genoa y el MIT se puso manos a la obra para demostrar que inspirarse en estas obras maestras microscópicas puede aportar innovación al diseño de materiales multifuncionales.
Mediante el diseño para la fabricación aditiva, lograron reproducir la compleja estructura interna de las diatomeas en un material impreso en 3D.
Mediante un enfoque integrado que combina impresión 3D, simulaciones numéricas y análisis de dinámica de fluidos computacional, el equipo logró resultados notables.
“Los resultados podrían aportar nuevas ideas para el desarrollo de nuevos materiales y sistemas inteligentes capaces de realizar múltiples funciones y sentar las bases para nuevos enfoques biotecnológicos que reduzcan el CO2 en la atmósfera, indiquen el estado de salud del agua, capturen la luz eficientemente y desarrollen nuevos dispositivos de protección”, explicaron los investigadores.
Aplicaciones de este material ultrarresistente impreso en 3D
Este innovador material, impreso en 3D e inspirado en diatomeas, ofrece importantes ventajas en numerosas aplicaciones, entre ellas:
- Automóviles, en los que se pueden mejorar los flujos de aire al reducir el peso y aumentar la resistencia estructural
- Membranas microporosas para la captura de CO2, que combinan alta porosidad y resistencia mecánica para una gestión más eficaz del gas
- Sistemas de administración de fármacos, con porosidad controlada que proporciona perfiles de liberación precisos y una mayor vida útil
- Robótica blanda, que aprovecha la combinación de ligereza y flexibilidad para fabricar actuadores fluidodinámicos avanzados
En concreto, el equipo demostró que el nuevo modelo de material tiene un rendimiento increíble en términos de absorción de energía mediante la creación y prueba de un nuevo concepto de casco protector, denominado D-HAT.
Las pruebas han demostrado que este material impreso en 3D ultrarresistente, inspirado en diatomeas, es capaz de sustituir las espumas o estructuras de panal actuales.
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