Irene Arias, investigadora de la Universidad Politécnica de Cataluña, y secretaria de la Sociedad Española de Ingenierías Mecánicas y Computacionales (SENMI) presenta en el Congreso de Métodos Numéricos en Ingeniería que celebra la ULPGC en el Palacio de Congresos de Canarias, los avances en la creación de nuevos materiales y funcionalidades en el ámbito de las infraestructuras y producción de energías renovables.
Su campo de investigación es el diseño de nuevos materiales. ¿Qué avances va a presentar en el Congreso de Métodos Numéricos en Ingeniería que se celebra este año en Canarias?
Básicamente lo que hacemos es explotar el concepto de metamateriales. Una particularidad de los materiales muy interesante es la multifuncionalidad, por ejemplo, la piel nos protege pero a la vez sirve para sentir, para intercambiar fluidos con el exterior, etc. Esta capacidad de tener muchas funciones es algo que nos facilita la mecánica computacional, podemos diseñar y generar nuevos materiales y dotarlos de la capacidad de tener muchas funciones.
¿En qué consiste el concepto de metamateriales?
Básicamente en que, a partir de un material de base, crear una microestructura, una arquitectura a escalas muy pequeñas del material, de forma que somos capaces de darles nuevas funcionalidades. Por ejemplo, podemos hacer materiales muy ligeros, que sean muy resistentes a la vez, o cerámicas muy deformables, porque las cerámicas son materiales muy rígidos que se deforman muy poco, pero dotándola de una microestructura especial a escalas pequeñas, podemos hacer que sean muy deformables. O también materiales que no tienen capacidad de generar electricidad cuando se deforman, hacemos que a partir de la microestructura si lo sean, y aquí la idea es, por ejemplo hacer revestimientos o incluso materiales estructurales que sean capaces de recolectar energía del ambiente, del viento o del sol.
¿En qué trabajan actualmente en ese sentido?
En el campo de los materiales, es infinita las posibilidades. Por ejemplo, estamos investigando en materiales que se reparen a sí mismos, como hace la piel humana, materiales que cuando se fisuran sean capaces de cerrar esa fisura, al igual que hace el cuerpo humano. Muchos de los materiales que construimos están inspirados en la biología, tratamos de reproducir o copiar a la naturaleza con inteligencia artificial, por ejemplo, y ahí están habiendo increíbles avances, muy inspiradores, y se están abriendo campos nuevos en esta disciplina.
«La mecánica computacional es capaz de conjugar resistencia y ligereza en un mismo material»
¿Cuáles son las ventajas de la mecánica computacional para avanzar en esta multifuncionalidad de los materiales?
Mediante modelos matemáticos podemos diseñar esta multifuncionalidad, sin necesidad de hacer experimentos ensayo y error, muy costosos. Es decir, creamos diferentes prototipos en un ordenador, vemos que respuestas nos dan y a partir de esta información aprendemos como tienen que diseñarse los materiales. Esta es una de las grandes ventajas de la mecánica computacional. El espacio de diseño es muy grande, las posibilidades que puedes probar son muy grandes, y si tienes que hacerlo creando el prototipo, ensayándolo, cuesta mucho dinero y mucho tiempo, pero si creas un modelo que es suficientemente fiel de la realidad, te da suficiente información y lo ensayas en un ordenador, evitas todo ese proceso. Además, entre los propios modelos matemáticos somos capaces de aprender por donde explorar el espacio de diseño. Sólo el hecho de generar el modelo te permite obtener mucha información de por dónde tienes que ir para conseguir lo que quieres.
¿Cuáles son las principales industrias que se benefician de los avances científicos en el ámbito de los metamateriales?
Tenemos muchas aplicaciones, por ejemplo, en la industria aeronáutica, allí claramente se necesita mucha resistencia, porque los aviones o los transbordadores espaciales necesitan resistir cargas y temperaturas muy altas, pero a la vez, también necesitan ser muy ligeros. Combinar estas dos necesidades en un mismo material es muy difícil, porque la naturaleza normalmente nos da materiales resistentes pesados o materiales ligeros más frágiles. Mediante la mecánica computacional, mediante el diseño por ordenador, somos capaces de aprender como conjugar las dos funcionalidades en un mismo material.
¿Cuáles son los principales retos a los que se enfrenta la mecánica computacional?
Nosotros tenemos modelos matemáticos y el grado de fidelidad de la física que tiene nuestros modelos está determinado por nuestra capacidad de cálculo, es decir, diseñamos los modelos matemáticos que somos capaces de resolver y con los recursos que tenemos. Entonces, a medida que van aumentando los recursos de computación, -ordenadores cuánticos-, podremos resolver nuevos problemas. A medida que nuestra capacidad de resolver problemas y de hacer simulaciones va aumentando, vamos a poder hacer modelos cada vez más sofisticados, y cada vez estos modelos matemáticos van a reproducir o captar física más importante, y podremos resolver problemas de manera más simplificada.
