Las primeras pelotas de golf fueron lisas hasta que se descubrió que unos pequeños surcos redondeados en sus superficies las hacían viajar más lejos, pues reducen su resistencia al aire. Ahora, el MIT ha logrado diseñar un material cuya superficie puede modificarse de manera reversible, pasando de lisa a rugosa con patrón similar al de las pelotas de golf, según describe un artículo publicado en la revista Advanced Materials.
Este avance podría servir para recubrir estructuras como vehículos, en los que ajustar la textura exterior para minimizar el rozamiento del aire a diferentes velocidades reduciría el consumo de combustible. Uno de sus responsables, el profesor de Ingeniería Mecánica y de Ingeniería Civil y Medioambiental Pedro Reis lo define como “una nueva clase de estructura inteligente en cuya superficie aparecen y desaparecen pequeños pliegues”. Su patrón, “muy similar al de las pelotas de golf, permitiría emular sus cualidades aerodinámicas estáticas, de reducción del rozamiento, pero de manera reversible”, añade.
La capacidad de mutar de la estructura se basa en las propiedades de los materiales que la componen y en la técnica que los ingenieros del MIT han ideado para extraer el aire de su interior. Así, la parte exterior, parecida a la goma, se arruga según patrón concreto, que es el que genera las propiedades aerodinámicas deseadas. Para después, invertir el proceso.
El resultado final es una pelota formada por una capa fina externa y un núcleo blando con una cavidad hueca en su interior. Su patrón de arrugado se crea gracias a la diferencia de presión provocada por la extracción de aire con un dispositivo neumático desde fuera. De la misma forma que una ciruela se convierte en pasa cuando pierde agua, los investigadores encogen el núcleo de la bola, lo que estira el material y produce arrugas en su superficie.
La reversibilidad del proceso es lo que diferencia a este estudio de otros trabajos de “arrugado” de materiales. “En el caso de una ciruela pasa, es imposible hacer que recupere su forma original, y esto es justo lo que hemos logrado con nuestra pelota de golf”, añade Reis.
Propiedad inesperada
Las propiedades aerodinámicas de una pelota con surcos pueden resultar poco fáciles de intuir, pues sería de esperar que una pelota de superficie lisa viajase más rápido que una rugosa. Sin embargo, ocurre justo lo contrario a causa de una fina capa de aire que se sitúa inmediatamente sobre la superficie del objeto en movimiento.
A partir de experimentos en túneles de aire, los ingenieros han comprobado con su prototipo que a altas velocidades (el límite entre alta y baja velocidad se establece en los 100 kilómetros por hora aproximadamente, aunque depende del tipo de objeto) el patrón de arrugas reduce el rozamiento hasta la mitad. Esto ocurre porque la superficie irregular de la pelota mantiene esa fina capa de aire más cerca del objeto durante más tiempo, envolviéndolo en una especie de cápsula lisa que ayuda a que se desplace más fácilmente. Esto provoca que el rozamiento sea un 50% menor. Pero para una velocidad más baja, los surcos no retendrían el flujo del aire, y una superficie lisa sería más aerodinámica.
El mecanismo estudiado por los ingenieros tan solo sería aplicable con esas características bajo unas condiciones concretas: en los objetos contundentes, es decir, sin punta y grandes, como coches, radares, camiones y molinos de viento. Y a elevadas velocidades de aire.
Recientes estudios de ingeniería ya han tratado de modular las superficies para ajustar el coeficiente de rozamiento mediante polímeros electro-activos y otros materiales complejos. Sin embargo, no son prácticos para su aplicación en grandes superficies (que es cuando se darían las condiciones para que suceda el efecto aerodinámico estudiado), a diferencia de las superficies metamórficas del equipo de Reis.
“Las potenciales aplicaciones son muchas, desde coches o aeronaves hasta radares que vuelen a altas alturas y se enfrenten a fuertes vientos”, explica el investigador. “Si llega una corriente fuerte de aire que sabemos que podría causar destrozos en los radares o antenas, podríamos ralentizar su vuelo alterando las propiedades aerodinámicas de su superficie, haciendo desaparecer las arrugas”, detalla. En el caso de la automoción permitiría ahorrar combustible.
Para el profesor de investigación de Materiales e ingeniería de la Universidad de Illinois (EEUU) John Rogers, quien no participó en el estudio, el avance “representa un maravilloso ejemplo de cómo los procesos controlados de arrugado pueden ser usados para crear estructuras en tres dimensiones con propiedades aerodinámicas muy interesantes”. Este ajuste dinámico “tan sofisticado” de las morfologías superficiales que han hecho posible con este enfoque, “hubiese sido más difícil o incluso imposible de lograr de cualquier otra forma”, concluye Rogers.
Fuente Teresa Alameda-Foro Emprededores