Se abren nuevos horizontes para la ingeniería: por primera vez, observan metales que se autoreparan
Un equipo de científicos confirmó lo que sólo existía en una teoría: el potencial de los metales para reparar sus grietas de manera autónoma.
La imagen de una máquina “autoreparándose”, sin ninguna intervención humana, siempre fue cosa de ciencia ficción. Recién en el año 2013, el ingeniero Michael Demkowicz, del MIT, publicó una teoría –basada en simulaciones- que sugería que, bajo, ciertas condiciones, el metal puede soldar de manera autónoma las grietas formadas por el desgaste del uso. En aquel momento, la idea no pasó del postulado teórico.
Diez años después, un experimento casi accidental demostró que Demkowicz tenía razón. Un equipo de ingenieros estaba evaluando cómo se forman y propagan las grietas en un trozo de platino, a nivel nano escala.
La técnica consistía en tirar reiteradamente de los extremos del metal a razón de 200 veces por segundo. Como era de esperar, las grietas avanzaban, se desviaban y se detenían en barreras microestructurales locales.
Pero hubo un giro inesperado: después de 40 minutos de experimento, los investigadores notaron que algunas grietas comenzaron el proceso inverso, una especie de autosoldadura que no dejó rastro de la lesión anterior.
“Se observó que las grietas curaban mediante un proceso que puede describirse como soldadura en frío del flanco de la grieta inducida por una combinación de estado de tensión local y migración del límite de grano”, explican en el artículo que publicaron en Nature.
“Demostramos que esto ocurre en metales nanocristalinos en el vacío”, explica Boyce, uno de los científicos que participó del experimento. “Hemos confirmado que los metales tienen su propia capacidad intrínseca y natural de curarse a sí mismos, al menos en el caso de daños por fatiga a nanoescala", agregó en declaraciones a Europapress.
Los investigadores, que conocían el trabajo previo de Demkowicz, lo contactaron para informarle del hallazgo que confirmaba su teoría. El científico recreó en su modelo informático el experimento que habían realizado y corroboró que se trataba del mismo fenómeno que él había teorizado 10 años antes, y que abre un nuevo horizonte para la ingeniería.
¿Dispositivos que se arreglan solos?
El daño por fatiga es una de las principales causas del deterioro y eventual fractura de las máquinas. Cuando se someten a tensiones o movimientos repetidos, se generan diminutas fisuras microscópicas. Con el tiempo, estas fisuras se expanden gradualmente hasta que comprometen la integridad completa del dispositivo.
Hasta ahora, la prevención y reducción de la fatiga en aplicaciones industriales se ha centrado en el desarrollo de estructuras a nivel micro para detener o retrasar la propagación de estas fisuras.
Por eso, las implicancias del descubrimiento son potencialmente transformadoras. La posibilidad de que las grietas por fatiga puedan sanar de forma autónoma mediante la interacción local con características microestructurales, ofrece una perspectiva nueva para la ingeniería de materiales.
Al permitir una autocuración de grietas, los materiales podrían tener una vida útil más larga y resistir mejor las tensiones mecánicas repetitivas a las que se someten las estructuras. Esto podría significar una reducción en costos de mantenimiento y reemplazo de componentes en sectores como la industria aeronáutica, automotriz y la construcción.
El equipo de investigación resaltó que todavía hay mucho trabajo por hacer para comprender completamente el mecanismo de autocuración y cómo podría ser implementado en aplicaciones prácticas. No obstante, este hallazgo marca un hito en el campo de la metalurgia y podría conducir a innovaciones disruptivas en la ingeniería de materiales y el diseño estructural.
"Mi esperanza es que este hallazgo anime a los investigadores de materiales a considerar que, en las circunstancias adecuadas, los materiales pueden hacer cosas que no esperábamos", dijo Demkowiczs, el primero en teorizar la idea.