Escala de absorción de energía con densidad, destacando arquitecturas óptimas de nanotubos de carbono (VACNT) alineados verticalmente. Crédito: Nature Communications (2025). Doi: 10.1038/s41467-025-60300-8
Los ingenieros mecánicos de la Universidad de Wisconsin-Madison han desarrollado un marco integral que acelera las mejoras a los materiales de espuma que absorben el choque.
Los materiales tienen una variedad de usos que van desde revestimientos de cascos deportivos o militares hasta puntales que amortiguan un aterrizaje en la nave espacial.
“Hemos desarrollado un marco de diseño novedoso para ayudar a los diseñadores a crear un material que absorbe el choque de una geometría específica que hace exactamente lo que quieren que haga sin agregar peso o volumen adicional”, dice Ramathasan Thevamaran, profesor asociado de ingeniería mecánica en UW-Madison que dirigió la investigación.
“Permite a los diseñadores personalizar el material para el mejor rendimiento, adaptado a diversas aplicaciones, sin pasar por muchas pruebas y errores experimentales”.
El avance también abre una nueva perspectiva sobre cómo abordar el diseño de materiales protectores desafiando la sabiduría convencional.
Tradicionalmente, el objetivo ha sido diseñar un material que absorba el choque con propiedades mecánicas que le permitan mantener una meseta de estrés constante. Los diseñadores generalmente utilizan un proceso iterativo que se centra en optimizar las propiedades mecánicas sin factorizar en el grosor y el área de la almohadilla de espuma utilizada en las aplicaciones.
Los investigadores de UW -Madison adoptaron un enfoque diferente. Investigaron el grosor y el área de las almohadillas de espuma junto con las propiedades mecánicas. Para su sorpresa, descubrieron que, en ciertos escenarios de impacto, las espumas que exhiben un tipo diferente de comportamiento, una respuesta de tensión-deformación no lineal, pueden superar las espuma que mantienen constante el nivel de estrés.
“Este trabajo muestra espumas que se han considerado tradicionalmente como ‘absorbedores ideales’ no siempre son las mejores”, dice Thevamaran. “Mostramos las espumas con una respuesta no lineal, de hecho, pueden ofrecer un espacio de diseño más amplio, especialmente cuando se requiere un diseño de almohadilla compacta. En particular, estos hallazgos son muy generales y aplicables a una amplia gama de sistemas de materiales, incluidos los metamateriales”.
El equipo detalló sus hallazgos en un artículo publicado 4 de agosto de 2025, en la revista Nature Communications.
El estudiante graduado de UW-Madison, Abhishek Gupta, trabaja en un experimento en el laboratorio del profesor asociado Ramathan Thevamaran. Crédito: Joel Hallberg, UW-Madison College of Engineering
El nuevo marco de los investigadores proporciona criterios de diseño para maximizar la absorción de energía de un material basada en varias variables. Las entradas incluyen el grosor y el área de la almohadilla de espuma y las propiedades del material. Los investigadores también especifican los umbrales para la aceleración y el estrés para un impacto dado.
Con esta información, el marco produce un mapa de diseño para el material deseado. Los diseñadores pueden usar este mapa para personalizar fácilmente el material; por ejemplo, pueden optimizar para un grosor mínimo o un peso más ligero, o ambos.
Para demostrar la efectividad de su marco, los investigadores lo utilizaron para lograr propiedades protectoras óptimas en espumas de nanotubos de carbono alineadas verticalmente verticalmente que han estado desarrollando.
Los investigadores han puesto su marco gratuitamente en línea.
Más información: Abhishek Gupta et al, adoptando la no linealidad y la geometría: un diseño de análisis dimensional guiado de materiales de absorción de choques, comunicaciones de la naturaleza (2025). Dos: 10.1038/s41467-025-60300-8
Proporcionada por la Universidad de Wisconsin-Madison College of Engineering
Cita: el marco de diseño acelerado facilita la creación de materiales personalizados de absorción de choques (2025, 18 de agosto) Recuperado el 18 de agosto de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-08-framework-fácil-custom-absorbing-materials.html
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