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En Detalle: Nanomateriales / Julia Greer

En Detalle: Nanomateriales / Julia Greer
En Detalle: Nanomateriales / Julia Greer, Fractal nanoentramado por Nigel and Lucas. Image Courtesy of California Institute of Technology  |  Division of Engineering and Applied Science
Fractal nanoentramado por Nigel and Lucas. Image Courtesy of California Institute of Technology | Division of Engineering and Applied Science

La Gran Pirámide de Giza mide 174 metros de altura y pesa 10 megatones. La Torre Eiffel mide el doble de esa altura, pero sólo pesa cinco kilotones, es decir, es alrededor de 10 veces más ligera que la pirámide. Bajo esta lógica, Julia Greer, académica de Caltech, ejemplifica el concepto de "Hierachical Architecture", sistema asociado a la nanotecnología que sería capaz de producir materiales arquitectónicos de igual o mayor resistencia que los que conocemos en la actualidad, pero cuantiosamente más ligeros. Los dejamos a continuación con una revisión en detalle de los nano materiales. Un sistema desarrollado por construcción fractal a una escala mínima que promete hacer de los materiales de un edificio, un puente o un avión, elementos que puedan ser cargados con la palma de una sola mano. 

¿Ciencia Ficción? Conoce más sobre esta tecnología y sus aplicaciones en el diseño arquitectónico, después del salto.

Courtesy of California Institute of Technology  |  Division of Engineering and Applied Science Nano entramado con concavidades. El armazón de polímero está grabado a cabo después del recubrimiento dejando el nano-armazón hueco.. Image Courtesy of D. Jang Fractura y deformación en nanoescala. Image Courtesy of California Institute of Technology  |  Division of Engineering and Applied Science Ductilidad y recuperabilidad material. Image Courtesy of California Institute of Technology  |  Division of Engineering and Applied Science +7

Nanotecnología y Arquitectura

Los elementos que derivaron de la tecnología de la construcción, permitieron al cuerpo Arquitectónico no sólo ser más fuerte y más ligero, sino que tener la posibilidad de utilizar mucho menor volumen de material, pasando de la construcción por planos de masas (pirámide) a la construcción por esqueleto resistente (Torre Eiffel). Pero aún cuando Torre y pirámide posean pesos considerablemente distintos, ambas poseen una característica estructural en común; la histórica y directa relación entre densidad y resistencia de sus materiales.

Courtesy of California Institute of Technology  |  Division of Engineering and Applied Science
Courtesy of California Institute of Technology | Division of Engineering and Applied Science

 Sin embargo esta Histórica relación podría invertirse. La nanotecnología permite que la materia sea controlada, sintetizada y manipulada a partir de la nano escala, siendo capaz de presentar fenómenos, cualidades y propiedades totalmente nuevas. La nanotecnología es el campo que ha impulsado la ciencia de  los materiales más allá de los límites conocidos, llegando a proponer soluciones que antes parecían imposibles; Crear un material cuya densidad sea inversamente proporcional a su resistencia, transformando los paradigmas tradicionales sobre materia, gravedad, peso y construcción que actualmente se aplican sobre la Arquitectura contemporánea.

"El Diseño de modelos Jerárquicos" de Julia Greer *

Julia Greer (1), profesora de ciencias materiales y mecánicas del California Institute of Technology (Caltech) ha desarrollado desde el 2007, diversas investigaciones relacionadas con la nanotecnología enfocada a las aplicaciones materiales y constructivas. Desde su laboratorio en Caltech, Greer dirige un grupo cuyo objetivo está centrado en el estudio y creación de materiales avanzados utilizando diseño en tres dimensiones y nano escala. Estos metamateriales estructurales exhiben superiores propiedades termomecánicas con densidades de masa extremadamente bajas, haciendo que sean ideales para diversas aplicaciones y experimentaciones en el ámbito científico, tecnológico y constructivo.

Fractura y deformación en nanoescala. Image Courtesy of California Institute of Technology  |  Division of Engineering and Applied Science
Fractura y deformación en nanoescala. Image Courtesy of California Institute of Technology | Division of Engineering and Applied Science

El material es producido a través de una metodología de estudio cientiífico basado en el "diseño de modelos jerárquicos" (2)  y su impacto en el mundo de la Arquitectura y el diseño puede ser revolucionario. Por un lado, estos elementos ultra ligeros ofrecerían la oportunidad de reducir drásticamente nuestra dependencia en los materiales que requieren excesivos procesos de combustión fósil y por otro, pueden ser capaces expandir nuestra idea de lo que es posible a través de la ciencia de los materiales, abriendo las puertas a formas, espacios y expresiones materiales actualmente imposibles de construir.

"Tener un control total sobre la arquitectura nos da la capacidad de sintonizar las propiedades del material  a lo que antes era inalcanzable con materiales monolíticos convencionales...por ejemplo, podremos separar la fuerza, de la densidad y hacer que los materiales puedan ser tan resistentes como extremadamente ligeros".

Ductilidad y recuperabilidad material. Image Courtesy of California Institute of Technology  |  Division of Engineering and Applied Science
Ductilidad y recuperabilidad material. Image Courtesy of California Institute of Technology | Division of Engineering and Applied Science

Proceso de diseño (3)

Para la creación de estos prototipos materiales, primero se usa un método de escritura láser directo denominado litografía de dos fotones para "escribir" un patrón tridimensional en un polímero, lo que permite a un rayo láser, reticular y endurecer el polímero cualquiera sea su ángulo. Al final de la etapa de modelado, las partes del polímero que se han expuesto al láser permanecen intactas, mientras que el resto se disuelve, dejando al descubierto un andamio tridimensional. Luego de esto, los científicos recubren el esqueleto del polímero con una capa continua y muy delgada de material - una cerámica, metal, semiconductores, u otro. En este caso, se utiliza una frágil cerámica alúmina para recubrir el andamio. Como paso final, se graba y excava el polímero desde el interior, dibujando una estructura tridimensional con diversas concavidades y vacíos. 

Nano entramado con concavidades. El armazón de polímero está grabado a cabo después del recubrimiento dejando el nano-armazón hueco.. Image Courtesy of D. Jang
Nano entramado con concavidades. El armazón de polímero está grabado a cabo después del recubrimiento dejando el nano-armazón hueco.. Image Courtesy of D. Jang

"Estas estructuras pueden contener casi 99 % de aire, sin embargo, pueden ser tan resistentes como el acero. El diseño de ellas en fractales nos permite incorporar un modelo de diseño jerárquico en la arquitectura material, que promete tener beneficiosas propiedades en términos estructurales".

Courtesy of California Institute of Technology  |  Division of Engineering and Applied Science
Courtesy of California Institute of Technology | Division of Engineering and Applied Science

Sobre las asociaciones y modelo de gestión

Para Greer, llevar a cabo las bondades de la tecnología a una aplicación real en el mundo de la Arquitectura y la construcción re quiere de una asociación comprometida de actores donde el rol de las Universidades es fundamental. Greer afirma que tanto el sector académico, como el sector público y privado debieran participar asociativamente con el fin de poder transformar estos experimentos en una realidad constructiva capaz de ser producida a gran escala.

(1) Julia Greer es Ph.D., Materials Science and Engineering, Stanford University (2005) M.S., Materials Science and Engineering, Stanford University (2000) y B.S., Chemical Engineering, Massachusetts Institute of Technology (1997)
(2) Según Andree La Torre, un Modelo de datos jerárquico es un modelo de datos en el cual los datos son organizados en una estructura parecida a un árbol. La estructura permite a la información que repite y usa relaciones padre/Hijo: cada padre puede tener muchos hijos pero cada hijo sólo tiene un padre. Todos los atributos de un registro específico son catalogados bajo un tipo de entidad.
(3) Vía Design and products & 
applications

Puedes revisar más sobre proyecto de Julia Greer acá.

Cita: Enzo Vergara. "En Detalle: Nanomateriales / Julia Greer" 23 jul 2014. ArchDaily Perú. Accedido el . <http://www.archdaily.pe/pe/624407/en-detalle-nanomateriales-julia-greer>