Noticias

Biomimetismo: lecciones de la naturaleza para crear nuevos y mejores materiales

 

Retos actuales en el área de nuevos materiales.

Redacción


Retos actuales en el área de nuevos materiales. En las últimas décadas, la ciencia y la tecnología aunadas a la abundancia de materia prima y disponibilidad energética nos han beneficiado en gran manera con desarrollos tecnológicos sin precedentes. Por mencionar algunos ejemplos, hoy en día viajar entre continentes en un avión que lleva más de 400 pasajeros en sólo algunas horas o tener una computadora muy poderosa en nuestras manos por medio de un teléfono celular ya es algo rutinario, y esto es en parte gracias a los avances en la ingeniería y la ciencia de los materiales. Muchos de estos desarrollos estuvieron basados en el descubrimiento de materiales y procesos de fabricación derivados de la gran abundancia de petróleo en la segunda mitad del siglo pasado. Sin embargo, en la actualidad, debido al calentamiento global y sus consecuencias en el cambio climático y el encarecimiento de materia prima, nos vemos en la necesidad de reducir nuestra dependencia de los materiales derivados de fuentes no renovables así como de reducir el consumo energético a través de la fabricación de materiales livianos pero con gran resistencia.

El incremento en las políticas medioambientales a nivel mundial, como por ejemplo,el Acuerdo de París en el que México está participando1, están demandando cada vez más el uso de materiales amigables con el ambiente, lo cual representa un reto enorme para el diseño y la manufactura de materiales y estructuras para poder satisfacer requerimientos medioambientales sin reducir el desempeño mecánico. Para enfrentar estos retos se requiere de un enfoque novedoso y vanguardista para poder desarrollar materiales de última generación.

BIOMIMETISMO. La naturaleza, con sus procesos evolutivos de varios millones de años, nos ha provisto con materiales asombrosos, muy resistentes y livianos. Basta con mirar a nuestro alrededor para encontrar materiales de origen natural con gran resistencia a las fuerzas mecánicas. Se puede mencionar la madera o el bambú, materiales de construcción usados desde hace cientos de años, o las fibras de henequén empleadas en la elaboración de textiles de alta resistencia en el siglo pasado. Nuestros huesos y dientes son otro ejemplo de materiales biológicos con extraordinarias propiedades mecánicas. La pregunta que surge, entonces, es: ¿cómo es posible que estos materiales hechos de pocos constituyentes biológicos tengan propiedades mecánicas tan asombrosas? La respuesta reside en la forma en que estos materiales están estructurados microscópicamente, es decir, la manera en que la arquitectura, la topografía y la estructura del material existen jerárquicamente en varias escalas de longitud2.

El biomimetismo o la biomímesis es una rama de la ciencia de carácter multidisciplinario que se encarga de entender e imitar estas estructuras jerárquicas, además de otros procesos, mecanismos y sistemas encontrados en la naturaleza, para la solución de problemas humanos y, en un caso particular, para la fabricación de materiales sintéticos, es decir, hechos por el hombre, con propiedades mejoradas. La naturaleza ya se ha encargado de resolver muchos problemas de diseño y fabricación, y ha creado materiales altamente resistentes y livianos. El biomimetismo aplicado a los materiales es una ciencia que combina varios campos del conocimiento y se apoya tanto en técnicas experimentales como en simulaciones computacionales para entender los fundamentos de los sistemas naturales y poder así aplicarlos a los materiales hechos por el hombre. Técnicas de diseño y procesos de manufactura también juegan un papel importante en la creación de materiales biomiméticos o inspirados en la naturaleza.

NUEVOS MATERIALES BIOINSPIRADOS EN LA NATURALEZA. La tendencia actual es la fabricación de nuevos materiales que sean livianos, resistentes, multifuncionales y amigables al ambiente por las razones ya mencionadas. Las lecciones aprendidas de la naturaleza al estudiar las estructuras jerárquicas, la arquitectura, los mecanismos y los sistemas de los materiales naturales biológicos están siendo empleadas para diseñar y crear nuevos materiales sintéticos multifuncionales por medio del biomimetismo. Técnicas experimentales avanzadas, como la tomografía computarizada 3D, el microscopio de fuerza atómica o el microscopio electrónico de barrido de alta resolución nos permiten caracterizar estructuras jerárquicas de materiales naturales con gran detalle, incluso en la nanoescala. Avances recientes en técnicas de impresión 3D y fabricación por adición están permitiendo crear estructuras complejas bioinspiradas3.

Los avances en computación han permitido utilizar programas para realizar simulaciones complejas que permiten entender mejor las estructuras biomiméticas2. En la Unidad de Materiales del Centro de Investigación Científica de Yucatán (CICY), se está usando el biomimetismo apoyado en modelado computacional usando el método de los elementos finitos junto con diversas técnicas experimentales para generar materiales compuestos avanzados inspirados en varios materiales naturales, como por ejemplo, la concha nácar2 y lacoraza del fruto del cocoyol4 (Fig. 1). Estos materiales naturales presentan propiedades superiores de dureza y resistencia a la fractura, por lo que se están desarrollando estudios biomiméticos en ellos para revelar sus mecanismos y estructuras jerárquicas para aplicarlos al desarrollo de nuevos y mejores materiales.


Fuente: 28-07-2018

  • Crónica: http://www.cronica.com.mx/notas/2018/1088448.html

Contacto

Para una navegación óptima dentro del portal te recomendamos los siguientes programas

Mozilla Firefox

Google Chrome

Adobe Reader

Visor de Excel

© 2017 Todos los derechos reservados. Diseñado por Baja webmaster
Última actualización del sitio 22 de agosto del 2018