En un trabajo conjunto entre la Universidad de Michigan y el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (AFRL), un equipo de científicos logró fabricar mediante impresión 3D estructuras tubulares que pueden suprimir vibraciones gracias a su intrincado diseño geométrico. Estas piezas, denominadas kagome tubes, no dependen de alteraciones químicas del material, sino de la disposición espacial de sus componentes, lo cual las convierte en ejemplos notables de metamateriales mecánicos.

La investigación, publicada en la revista Physical Review Applied, representa la concreción experimental de décadas de estudios teóricos y computacionales dedicados a modelar estructuras capaces de atenuar vibraciones que se propagan a través de su cuerpo. Según James McInerney, investigador del AFRL y coautor del estudio, la verdadera novedad radica en haber materializado un concepto que hasta ahora solo existía en simulaciones. “Podemos fabricar estructuras que bloquean vibraciones sin recurrir a mecanismos activos, solo con geometría”, explicó.

El planteo contó con el apoyo de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA), la Oficina de Investigación Naval y el Consejo Nacional de Investigación de los Estados Unidos. Participaron también la profesora Serife Tol, del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Michigan junto a otros investigadores de la Universidad de Texas.

El principio detrás de estos metamateriales se basa en la geometría más que en la composición. Tal como señaló la profesora Xiaoming Mao, coautora del trabajo, “durante siglos los materiales se mejoraron modificando su química; hoy sabemos que la forma puede generar propiedades igualmente extraordinarias”. Inspirados en ejemplos naturales como los huesos humanos o las conchas de plancton, los científicos utilizan herramientas de fabricación avanzada, como la impresión 3D, para diseñar estructuras con comportamientos inéditos.

El estudio se apoya en conceptos históricos de la física y la ingeniería estructural. Retoma los aportes del físico del siglo XIX James Clerk Maxwell, quien describió redes repetitivas conocidas como “retículas de Maxwell”, y los combina con desarrollos contemporáneos en topología, disciplina que analiza cómo los bordes y límites de los materiales pueden exhibir propiedades únicas. A partir de estas bases, el equipo logró imprimir tubos de nailon con una trama entrelazada similar al tejido japonés kagome, cuya complejidad estructural permite amortiguar vibraciones de manera pasiva.

Sin embargo, los investigadores advierten que el desafío recién comienza. Cuanto más eficaz es la estructura para suprimir vibraciones, menor es su capacidad de carga, lo que plantea nuevos interrogantes sobre su aplicación práctica. McInerney subraya que todavía se deben desarrollar métodos y estándares para evaluar este tipo de materiales, cuyos comportamientos no encajan en los modelos tradicionales. “Antes de pensar en aplicaciones concretas, debemos entender cómo probarlos, cómo interpretar los resultados y cómo incorporar esas conclusiones en los procesos de diseño”, señaló.

Este avance marca un punto de inflexión en la ingeniería estructural, donde la convergencia entre la física, la geometría y las tecnologías de fabricación promete dar lugar a una nueva generación de materiales diseñados desde su arquitectura interna, capaces de ofrecer novedosas soluciones en control de vibraciones, eficiencia estructural y sostenibilidad.

Imagen: James McInerney, Air Force Research Laboratory, Estados Unidos.