Científicos de la Universidad Real de Tecnología de Melbourne (RMIT) y del Conservatorio Nacional de Artes y Oficios de Francia han desarrollado conjuntamente el primer metamaterial híbrido de celosía abierta de titanio y polímero del mundo. No solo flota en la superficie del agua, sino que además es más resistente a la corrosión marina que el acero inoxidable o los plásticos de alta densidad utilizados actualmente en muelles, boyas y sensores flotantes. Este nuevo invento resuelve el problema fundamental de que las estructuras de celosía metálica difícilmente puedan flotar. El artículo relacionado se publicó en el último número de la revista Advanced Materials.
Boyas impresas en 3D utilizadas en las pruebas. Fuente de la imagen: Universidad Real de Tecnología de Melbourne
Los metamateriales de celosía metálica ya han demostrado un potencial transformador en campos como la biomedicina, la industria aeroespacial, la defensa y la ingeniería térmica, pero su aplicación en el ámbito marino se ha visto obstaculizada durante mucho tiempo. La razón es que, aunque las celosías metálicas pueden ser extremadamente ligeras, con una densidad inferior a una décima parte de la del agua, sus espacios abiertos e interconectados se llenan de agua, lo que hace que la estructura se hunda.
En la investigación más reciente, el equipo creó esta nueva estructura rellenando los pilares huecos de titanio con espuma de poliuretano. Incluso cuando presenta grietas graves o daños, y el agua fluye a través de ella, la estructura sigue flotando en la superficie. Las muestras permanecieron flotando continuamente en agua dulce durante más de dos meses, lo que verificó su flotabilidad duradera.
El equipo propuso un nuevo método denominado "densidad del esqueleto" para determinar si una estructura abierta puede flotar. El cálculo de densidad tradicional incluye todos los espacios abiertos dentro de la estructura de celosía en el volumen, pero una vez que estos espacios se llenan de agua, ya no contribuyen a la flotabilidad. La densidad del esqueleto, en cambio, solo calcula la parte de la estructura que no se llena de agua, como las paredes de titanio y los canales sellados rellenos de espuma. Esto proporciona a los ingenieros un sencillo criterio de diseño: siempre que la densidad del esqueleto sea inferior a la densidad del líquido circundante, la estructura podrá flotar incluso si el agua fluye a través de todas las aberturas externas.
Las pruebas demostraron que, con la misma densidad total, la resistencia de la nueva estructura de titanio es un 70% superior a la del acero inoxidable o el polietileno de alta densidad ampliamente utilizados en el medio marino. También mostró un buen rendimiento en pruebas de corrosión a corto plazo en agua de mar: tras dos semanas de inmersión, la celosía solo perdió un 0,15% de su masa y su resistencia disminuyó menos de un 1%.
Aún más importante es que, incluso ante daños graves como grietas, fallos en los puntos de conexión críticos o la fractura de capas enteras de la celosía, la celosía híbrida conserva su flotabilidad. Solo se hunde cuando es severamente aplastada y compactada. Esto pone de relieve su potencial para flotar incluso bajo daños estructurales graves.
Utilizando la nueva estructura, el equipo imprimió en 3D una boya marina que se mantuvo estable incluso inclinada hasta 45 grados en un tanque de agua de mar turbulenta, sin necesidad de carcasas selladas, revestimientos protectores ni flotadores adicionales.