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Nuevos materiales inteligentes reducen las vibraciones y extraen energía

Nuevos materiales inteligentes reducen las vibraciones y extraen energía

Ingenieros del Fraunhofer Institute for Structural Durability and System Reliability (LBF), en Alemania, han logrado avanzar en el desarrollo de materiales inteligentes que pueden disminuir las vibraciones y extraer energía del medio ambiente. Los nuevos elastómeros son capaces de amortiguar las vibraciones molestas en un coche, por ejemplo, o de suministrar energía en forma inalámbrica para sensores que deben trabajar en lugares inaccesibles. Por Pablo Javier Piacente.

Nuevos materiales inteligentes reducen las vibraciones y extraen energía

En reiteradas ocasiones, las vibraciones pueden condicionar de forma negativa diferentes procesos o sistemas, y en esos casos la presencia de materiales que puedan eliminarlas o reducirlas resulta muy útil. Si, además, estos dispositivos pueden capturar energía de las vibraciones, la solución resulta aún mucho más efectiva.

Es el caso de un nuevo desarrollo de ingenieros del Fraunhofer Institute for Structural Durability and System Reliability (LBF), de Alemania,, que promete tener un fuerte impacto en el campo del diseño automotor o de los sensores utilizados en áreas de difícil acceso, entre otras aplicaciones.

Un problema cotidiano, como andar en bicicleta en una calle cubierta con adoquines, nos pone frente a la necesidad de contar con materiales capaces de amortiguar y contrarrestar las molestas vibraciones y golpes. Algo similar sucede al conducir un automóvil en terrenos muy irregulares.

Muchas motos, bicicletas o automóviles incluyen en sus asientos repletos de silicona estos elastómeros, materiales elásticos y maleables que pueden hacer frente a las vibraciones. Sin embargo, los ingenieros del LBF en Darmstadt, Alemania están decididos a ir un poco más allá, trabajando en una próxima generación de elastómeros.

Estos nuevos materiales inteligentes son capaces de responder activamente a las vibraciones no deseadas, amortiguándolas de una manera mucho más eficaz e incluso obteniendo energía de las mismas.

Los resultados de esta investigación han sido difundidos a través de una nota de prensa de Fraunhofer-Gesellschaft, y además se desarrollaron en un artículo publicado en el medio especializado Phys.org.

Un nuevo enfoque activo

Los elastómeros han sido utilizados en el campo de la ingeniería durante décadas, por ejemplo en los cojinetes para motores de vehículos. Hasta ahora, han tenido un efecto puramente pasivo con relación a las vibraciones o el impacto en choques. Serían mucho más eficaces si fueran capaces de responder de manera proactiva y contrarrestar las vibraciones.

De la misma manera que un jugador de tenis ralentiza la pelota tirando hacia atrás la raqueta en el golpe denominado drop shot, un elastómero activo puede extraer la energía de la vibración de forma selectiva ante los movimientos de balanceo. Teóricamente, esto haría que la vibración se disipe totalmente.

Según explica William Kaal, uno de los especialistas del LBF que participaron de la investigación, ya existen materiales que son adecuados para este propósito. Se los denomina elastómeros electroactivos, y son sustancias elásticas que cambian de forma cuando se exponen a un campo eléctrico.

El secreto es aplicar una corriente alterna para que el material comience a vibrar. Si existen dispositivos electrónicos inteligentes capaces de controlar a los elastómeros, haciéndolos vibrar precisamente ante determinadas circunstancias, entonces las vibraciones no deseadas en un equipo, superficie o motor se disiparán en su mayor parte.

Un modelo con aplicaciones concretas

Para demostrar que este principio funciona, los ingenieros e investigadores de Fraunhofer-Gesellschaft han creado un modelo. Más pequeño que un paquete de cigarrillos, se compone de 40 capas ultradelgadas de material elastómero, en el marco de un campo eléctrico que lo estimula.

El reto fue el diseño de los electrodos que componen el campo eléctrico que actúa junto a las capas de elastómero, ya que habitualmente los electrodos están confeccionados con metal. Sin embargo, la rigidez de los metales impediría la deformación del elastómero. Los expertos hallaron una solución ingeniosa para este problema, que consistió en la apertura de agujeros de tamaño microscópico en los electrodos.

De esta forma, cuando el voltaje eléctrico deforma al elastómero el mismo logra dispersarse y se expande a través de los diminutos orificios. El enfoque ha demostrado ser muy eficaz en términos generales en las pruebas realizadas, y una de las aplicaciones imaginadas por los ingenieros de LBF tiene que ver con la construcción de vehículos.

Como las vibraciones del motor pueden ser muy perjudiciales, siendo canalizadas a través del chasis en el interior del coche, los nuevos elastómeros activos pueden ayudar a reducir estas vibraciones en los automóviles. Además, los dispositivos también pueden absorber las vibraciones de su entorno para producir energía, por lo que podrían facilitar la alimentación energética independiente de los sensores que necesitan trabajar en sitios de difícil acceso, como por ejemplo aquellos que monitorean los puentes en forma permanente.

RedacciónT21

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