Consiguen crear un material casi eterno: se autorrepara más de 1.000 veces y dura hasta 500 años
La tecnología reduciría drásticamente los costes de mantenimiento en aviones, automóviles, turbinas eólicas y naves especiales
El compuesto revolucionario desarrollado en Carolina del Norte transformará la industria aeroespacial
El avance podría transformar sectores enteros y eliminar miles de toneladas de residuos industriales
Un material autorreparable desarrollado por científicos estadounidenses puede regenerarse más de 1.000 veces y mantener su integridad estructural durante cinco siglos.
Este material casi eterno, que supera en resistencia a los compuestos utilizados actualmente en la industria aeroespacial, representa un avance revolucionario en ingeniería de materiales que podría transformar sectores enteros y eliminar miles de toneladas de residuos industriales.
El equipo de investigación de la Universidad de Carolina del Norte, liderado por Jason Patrick, ha logrado crear un material autorreparable que aborda un problema técnico que persiste desde la década de 1930: la delaminación interlaminar en compuestos de fibra. El estudio, publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences, demuestra que este avance puede extender la vida útil de componentes aeroespaciales de décadas a siglos.
Los científicos explican que se han fijado en los compuestos de polímero reforzado con fibra (PRF), «valorados por su alta relación resistencia-peso y comúnmente utilizados en aeronaves, automóviles, aerogeneradores, naves espaciales y otras aplicaciones estructurales modernas. Los compuestos de PRF consisten en capas de fibras, como fibra de vidrio o fibra de carbono, unidas entre sí por una matriz polimérica, generalmente epoxi».
Cinco siglos de durabilidad
Los investigadores estiman que el material autorreparable podría durar 125 años con reparaciones trimestrales o alcanzar los 500 años si se activa la regeneración una vez al año. Esta longevidad extraordinaria contrasta drásticamente con la vida útil típica de 15-40 años de los materiales compuestos convencionales utilizados en alas de avión, turbinas eólicas y componentes estructurales críticos.
«Esto reduciría significativamente los costes y la mano de obra asociados con el reemplazo de componentes compuestos dañados», explica Jason Patrick, profesor asociado de ingeniería civil, construcción y ambiental en NC State. La tecnología también disminuiría drásticamente la energía consumida y los residuos producidos por múltiples sectores industriales al eliminar la necesidad de inspecciones manuales constantes y reemplazos frecuentes.
El nuevo material también podría solventar las arriesgadas repaciones en las instalaciones eólicas.
Cómo funciona la regeneración
El material autorreparable incorpora dos elementos innovadores sobre la estructura convencional de compuestos reforzados con fibra de polímero (FRP). Primero, los científicos imprimen en 3D un agente curativo termoplástico directamente sobre el refuerzo de fibra de vidrio o carbono, creando una capa intermedia con patrón polimérico que multiplica por dos o cuatro la resistencia inicial a la delaminación.
En segundo lugar, el sistema incluye capas calefactoras ultradelgadas basadas en carbono integradas en el material. Cuando se aplica una corriente eléctrica, estas capas se calientan y funden el agente curativo, que fluye hacia las grietas internas y microfracturas, regenerando las interfaces separadas. Este proceso térmico restaura completamente el rendimiento estructural sin comprometer la matriz del material ni requerir intervención manual externa.
La delaminación es la separación de las capas dentro de un material compuesto, como plásticos, hormigón o materiales laminados, debido a una falta de adhesión o cohesión entre ellas, formando burbujas, grietas o desprendimientos que afectan su resistencia y funcionalidad. Puede ocurrir en materiales multicapa (películas, circuitos impresos), o en el hormigón (por aire atrapado o corrosión de armaduras).
Mil reparaciones consecutivas
Para demostrar la viabilidad a largo plazo, el equipo construyó un sistema automatizado que sometió al material autorreparable a una prueba nunca antes realizada. Durante 40 días continuos, el sistema aplicó fuerza tensil para crear una delaminación de 50 milímetros, activó la reparación térmica y midió la resistencia tras cada ciclo. El proceso se repitió 1.000 veces de forma consecutiva.
«Descubrimos que la resistencia a la fractura del material autorreparable comienza muy por encima de los compuestos no modificados», señala Jack Turicek, autor principal del estudio y estudiante de doctorado en NC State. Los resultados muestran que el material mantiene su superioridad sobre los compuestos laminados convencionales durante al menos 500 ciclos de reparación, y aunque su tenacidad interlaminar disminuye gradualmente, lo hace a un ritmo extremadamente lento.
Aplicaciones aeroespaciales críticas
La tecnología ofrece valor especialmente estratégico para aplicaciones donde las reparaciones convencionales resultan prácticamente imposibles. En naves espaciales que operan en órbita o en misiones de larga duración, el material autorreparable podría funcionar como un sistema de reparación perpetua, eliminando la necesidad de costosas misiones de mantenimiento o reemplazos que actualmente resultan inviables en el espacio profundo.
La industria aeronáutica también se beneficiaría de este avance científico.
«Esto proporciona un valor obvio para tecnologías a gran escala y costosas como aviones y turbinas eólicas», afirma Patrick. Sin embargo, el investigador destaca que podría ser excepcionalmente importante para naves espaciales que operan en entornos en gran medida inaccesibles, donde las reparaciones mediante métodos convencionales in situ resultarían difíciles o directamente imposibles de realizar.
Por qué declina la eficacia
El estudio también identificó los mecanismos responsables de la disminución gradual en la capacidad de regeneración. Con el ciclo continuo de fracturas y reparaciones, las fibras de refuerzo quebradizas se rompen progresivamente, generando microdesechos que limitan físicamente los sitios disponibles para la reconexión del material. Paralelamente, las reacciones químicas entre el agente curativo y las fibras y matriz polimérica pierden eficacia con el tiempo.
Aun así, el modelado estadístico desarrollado por el equipo indica que la autorreparación permanecerá estructuralmente viable durante escalas temporales extraordinariamente largas. «A pesar de los mecanismos químico-físicos inherentes que reducen lentamente la eficacia de la regeneración, hemos pronosticado que la reparación perpetua es posible», señala Kalyana Nakshatrala, coautor del estudio y profesor Carl F. Gauss de ingeniería civil y ambiental en la Universidad de Houston.
Integración industrial inmediata
Jason Patrick ha patentado y licenciado la tecnología a través de su empresa emergente, Structeryx Inc, y ya mantiene conversaciones con socios industriales y gubernamentales. «Estamos entusiasmados de explorar cómo este enfoque de autoreparación podría incorporarse en sus tecnologías», explica el investigador. La clave del potencial comercial reside en que el sistema ha sido diseñado estratégicamente para integrarse con los procesos de fabricación de compuestos existentes.
El trabajo, coescrito por Zach Phillips (estudiante de doctorado en NC State) y Kalyana Nakshatrala (Universidad de Houston), contó con el apoyo del Programa Estratégico de Investigación y Desarrollo Ambiental (SERDP) y la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos. Los resultados representan un avance que podría reducir drásticamente los residuos industriales, los costes de mantenimiento y el impacto ambiental en múltiples sectores estratégicos.
