Crédito: Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2025). Doi: 10.1073/pnas.2502613122
Investigadores de Georgia Tech han creado un material inspirado en las conchas marinas para ayudar a mejorar el proceso de reciclaje de plásticos y hacer que el material resultante sea más confiable.
Las estructuras que crearon redujeron en gran medida la variabilidad de las propiedades mecánicas que se encuentran típicamente en el plástico reciclado. Su producto también mantuvo el rendimiento de los materiales plásticos originales.
Los investigadores dijeron que su diseño bioinspirado podría ayudar a reducir los costos de fabricación de los materiales de envasado virgen en casi un 50% y ofrecer ahorros potenciales de cientos de millones de dólares. Y, debido a que menos del 10% de los 350 millones de toneladas de plástico producidas cada año se recicla efectivamente, el enfoque de Georgia Tech podría mantener más plástico fuera de los vertederos.
El profesor asistente de ingeniería aeroespacial Christos Athanasiou dirigió el estudio, que fue publicado En la revista Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNA). En esta entrevista, discute el trabajo.
¿Por qué los plásticos se reciclan con tanta frecuencia? Y cuando se reciclan, ¿por qué no pueden ser ampliamente reutilizados?
Los plásticos reciclados no son materiales prístinos: son una mezcla caótica de vidas pasadas. Cada botella, bolsa y envoltura trae su propia historia de aditivos, estrés y degradación. Cuando los reciclamos mecánicamente derritándolos a todos, obtenemos un material más débil que el plástico virgen, y muy impredecible. La imprevisibilidad es un factor decisivo.
Es por eso que los plásticos reciclados rara vez vuelven a los productos que necesitan resistencia, seguridad o consistencia, como materiales de construcción, componentes del automóvil o vehículos de entrega autónomos. Simplemente no se puede confiar en ellos para realizar.
¿Por qué la estructura de conchas marinas puede ofrecer pistas para mejorar?
La naturaleza no purifica. Se organiza.
Las conchas marinas, como el nácar, están hechas de minerales frágiles pegados por proteínas blandas. No son perfectos, pero son robustos. El secreto está en la arquitectura: “ladrillos” duros conectados por “mortero” suave, creando un sistema que disipa la energía y controla la falla. Esa es una filosofía de diseño fundamentalmente diferente de cómo típicamente diseñamos materiales, donde la uniformidad y la pureza son los caminos hacia la confiabilidad.
La naturaleza adopta la variabilidad y la hace manejable a través de la estructura. Tomamos prestado esa visión.
Los investigadores de Georgia Tech utilizaron un dispositivo para probar la confiabilidad y la fuerza de las hojas cortadas de plástico reciclado. El video muestra varias etapas a medida que el plástico se desgarra, desde la deformación inicial (sombreado blanco) hasta el inicio de la agrietamiento hasta la propagación hasta la falla final. Crédito: Georgia Tech
¿Qué creaste y cómo lo probaste?
Tomamos láminas cortadas de polietileno reciclado de alta densidad (HDPE), el mismo plástico utilizado en la envoltura de estiramiento industrial, y las volvimos a montar en compuestos en capas inspirados en conchas marinas. Piense en ello como una estructura de nácar sintética: “ladrillos” de plástico rígido unidos por un “mortero” más suave hecho de un polímero adhesivo comercial, diseñado para absorber el estrés y la falla de control.
Para probarlo, separamos estas estructuras bioinspiradas utilizando una configuración mecánica personalizada. Capturamos su comportamiento en tiempo real, desde la deformación inicial hasta el inicio de la grieta hasta la propagación hasta la falla final.
Luego desarrollamos un nuevo modelo: un modelo de cadena de corte de tensión con incertidumbre con incertidumbre de su tipo. En lugar de solo evaluar cuán rígido y fuerte era el material, nuestro modelo también proporcionó una medida de confianza de cuán confiablemente se desempeñó bajo tensión.
¿Cuáles fueron los resultados?
Redujimos la variabilidad en el alargamiento máximo, una medida clave del rendimiento mecánico, en más del 68%. Normalmente, los plásticos reciclados están por todas partes en el rendimiento mecánico. Nuestros compuestos estructurados fueron consistentes. Ese es un requisito clave para cualquier aplicación del mundo real.
En otras palabras, construimos una estructura en la que puede confiar, utilizando materiales que normalmente no puede.
La película de estiramiento HDPE es el material transparente que envuelve productos apilados en paletas. ¿No puede volver a hacer el mismo trabajo una vez que ha sido reciclado?
No exactamente. Stretch Film debe ser fuerte y flexible. Pero una vez que está expuesto a la luz solar, el estrés y el calor, su estructura molecular cambia. Reciclarlo a ciegas es como reutilizar un paracaídas sin verificar las rasgaduras. Nuestro diseño bioinspirado no solo reutiliza el plástico; Restaura su confiabilidad, haciendo posible la reutilización de alto rendimiento.
Estás en la escuela de ingeniería aeroespacial. Este trabajo no parece estar relacionado con aviones, cohetes o espacio. ¿Cuál es la conexión?
Diseñar la próxima generación de sistemas aeroespaciales requiere pensar en todas las disciplinas y empujar más allá de los materiales convencionales. Por ejemplo, uno de los mayores desafíos en la ingeniería espacial es crear estructuras que no fallan en entornos extremos impredecibles. Ya sea que se trate de una parte de cohete reutilizable o un refugio en Marte, necesitamos materiales que sean resistentes en todo su ciclo de vida.
Nuestro estudio de PNAS aborda un problema de mecánica fundamental: ¿cómo se crea estructuras confiables a partir de materiales poco confiables? Esa no es solo una pregunta de reciclaje. Es una pregunta de futuro de espacio.
¿Qué sigue?
Estamos escalando este enfoque para trabajar con una gama más amplia de plásticos reciclados mientras los combinamos con adhesivos más ecológicos y biológicos para hacer que toda la estructura sea más sostenible. Al mismo tiempo, estamos explorando cómo esta estrategia podría soportar la construcción fuera de la tierra, donde la necesidad reciclar y reutilizar materiales es una necesidad. El desafío de reciclaje lunar de la NASA, por ejemplo, apunta a un futuro donde los desechos se convierten en el bloque de construcción de la supervivencia.
Más información: Dimitrios Georgiou et al, suprimiendo la variabilidad de la propiedad mecánica en plásticos reciclados a través del diseño bioinspirado, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2025). Doi: 10.1073/pnas.2502613122
Proporcionado por el Instituto de Tecnología de Georgia
Cita: Preguntas y respuestas: Seashells inspira una mejor manera de reciclar plástico (2025, 13 de agosto) Recuperado el 13 de agosto de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-08-qa-seeshells-recycle-plastic.html
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