Cerámicas inspiradas en origami: flexibilidad y resistencia en nuevos materiales

El origami es un arte tradicional cuyas características principales, como las estructuras ligeras o la plegabilidad, han servido de inspiración para la invención de materiales más resistentes y flexibles. Recientemente, un grupo de investigadores de la Universidad de Houston desarrolló una nueva clase de estructuras de cerámicas que pueden doblarse bajo presión, sin llegar a romperse.

Este innovador diseño cerámico podría tener importantes aplicaciones en la medicina, con la producción de prótesis médicas y en las industrias aeroespacial y de la robótica, al ser gran utilidad para la fabricación de materiales resistentes a los impactos.

Científicos reinventan la cerámica con impresión 3D inspirada en el origami

El origami, un antiguo arte de doblar papel, se ha convertido en una maravillosa herramienta de diseño en el campo científico. De acuerdo con un reciente estudio, un equipo de investigadores científicos de la Universidad de Houston desarrolló nuevas estructuras cerámicas inspiradas en el origami y la naturaleza.

Por tratarse de un material inorgánico y biocompatible resistente al calor y a la corrosión, la cerámica suele utilizarse en procesos industriales y de fabricación. Sin embargo, dada su fragilidad, la cerámica puede romperse con facilidad cuando se somete a tensión, lo que dificulta su uso en aplicaciones de alto impacto o que requieren una mayor capacidad de adaptación. Por suerte, esta limitación podría superarse pronto.

Los investigadores de este estudio, dirigidos por el profesor y doctor de ingeniería mecánica y aeroespacial Maksud Rahman, lograron superar las restricciones que experimentan los materiales frágiles como la cerámica, inspirándose en la naturaleza. En concreto, el equipo observó la increíble resiliencia de las conchas de los moluscos, las cuales podían mantenerse estables durante impactos intensos y otras situaciones.

Los investigadores notaron que la capa interior iridiscente de la concha del molusco, llamada nácar, era la razón de su mayor robustez. La concha posee capas alternas de plaquetas de aragonito y una película de material orgánico, lo que permite mantenerse unida y evitar que las grietas se conviertan en fallas. El equipo de expertos tomó este concepto y lo aplicó a la cerámica.

De materiales frágiles a estructuras resistentes y flexibles

El objetivo principal de los investigadores era crear una cerámica capaz de doblarse, pero sin romperse. Para ello, el equipo imprimió en 3D una estructura cerámica basada en el patrón de pliegue del origami Miura-ori, el cual permite doblar materiales planos como el papel repetidas veces, de modo que ocupen menos espacio, pero manteniendo su forma. Es decir, sin que se aplanen mucho.

A continuación, recubrieron la estructura de cerámica con un polímero elástico y biocompatible, más conocido como polidimetilsiloxano (PDMS). Esta capa elástica funciona de forma similar a la capa interna de la concha de una ostra, ya que ofrece la flexibilidad suficiente para evitar fallos, como la rotura.

La estructura resultante del estudio es capaz de tolerar tensiones que la cerámica convencional no puede soportar. Cuando esta estructura cerámica se comprime en distintas direcciones, el material recubierto se flexiona y recupera su forma, mientras que la cerámica tradicional se agrieta o simplemente se rompe.

Según explican los expertos del estudio, la geometría del origami ha permitido alcanzar el grado de adaptabilidad mecánica que se busca. El recubrimiento de polímero ofrece suficiente flexibilidad para permitir que las láminas se ajusten de forma mecánica bajo presión y así evitar roturas bruscas.

Durante el estudio, los investigadores probaron someter las estructuras a compresiones estáticas y cíclicas. Dichos experimentos fueron validados con la ayuda de simulaciones informáticas. Las variedades de cerámica recubiertas muestran sistemáticamente un mayor grado de tenacidad, especialmente en las direcciones en las que la cerámica convencional es más débil.

El potencial de la tecnología basada en origami

En la actualidad, la tecnología basada en origami se encuentra en pleno auge, sobre todo, en la ciencia de los materiales. Entre otras cosas, porque se ha comprobado que estas nuevas estructuras de cerámicas ofrecen características mecánicas ajustables y escalabilidad.

Para los expertos, los patrones de plegado del origami pueden cambiar radicalmente la manera en la que se abordan los problemas tanto en el campo de la biomedicina como en el de la ingeniería. En especial porque permiten descubrir nuevas propiedades en los materiales, incluso en aquellos más frágiles.

La sostenibilidad como prioridad

Otro aspecto positivo de esta innovación es la posibilidad de utilizar técnicas de producción más sostenibles. La creación de cerámicas inspiradas en origami puede requerir menos material, ya que muchas de estas estructuras son diseñadas para ser ligeras y eficientes. Además, el uso de cerámica reciclada en este proceso puede contribuir a la reducción de residuos, alineándose con las tendencias actuales hacia una producción más consciente del medio ambiente.

A través de la flexibilidad y resistencia de los nuevos materiales, los diseñadores están desafiando los límites de lo que es posible, creando obras que son tanto funcionales como estéticamente impactantes. A medida que esta tendencia continúa ganando impulso, es probable que veamos aún más innovaciones que nos llevarán hacia un futuro donde la creatividad y la sostenibilidad vayan de la mano.

La cerámica inspirada en origami no solo está cambiando la forma en que miramos este material, sino que también está redefiniendo la manera en que interactuamos con el mundo que nos rodea.

Lecturas recomendadas

El origami aplicado a la educación

El pliegue en la arquitectura