Un equipo de investigadores de la Universidad de Pittsburgh ha rediseñado el concepto de concreto para las aplicaciones modernas. Los ingenieros han diseñado concreto metamaterial para el desarrollo de sistemas de infraestructura civil inteligente.
Un metamaterial es cualquier material diseñado para tener una propiedad que es difícil de alcanzar para los materiales naturales. La investigación introduce el uso de metamateriales en la creación de concreto, brindando la opción de alterar su fragilidad, flexibilidad y formabilidad para permitir que los constructores usen menos material sin sacrificar la resistencia o la longevidad.
El estudio relacionado con la investigación: Sistemas de hormigón de metamateriales integrados con nanogeneradores multifuncionales para infraestructura civil inteligente se publicó en la revista Advanced Materials .
Según los investigadores, el uso del hormigón en la construcción se sigue desde hace cientos de años desde su creación original por los antiguos romanos. «El uso masivo de hormigón en nuestros proyectos de infraestructura implica la necesidad de desarrollar una nueva generación de materiales de hormigón que sean más económicos y ambientalmente sostenibles, pero que ofrezcan funcionalidades avanzadas», dijo Amir Alavi, profesor asistente de ingeniería civil y ambiental en la Universidad y el autor del estudio, en un comunicado de prensa. El equipo planea lograr estos objetivos mediante la introducción de un paradigma de metamateriales en el desarrollo de materiales de construcción para escenarios de casos de uso avanzados.
El material ofrece compresibilidad y capacidad de recolección de energía
El material está hecho de «redes de polímero auxético reforzadas incrustadas en una matriz de cemento conductor». Según el equipo, dicho diseño induce la electrificación por contacto entre las capas cuando se activa mecánicamente, lo que se mejora aún más con el polvo de grafito que sirve como electrodo en el sistema.
Los estudios han demostrado que el material puede comprimirse hasta un 15 % bajo presión y producir 330 μW de potencia. Los investigadores afirman que el proyecto ofrece el primer material compuesto que presenta propiedades de compresibilidad y capacidades de recolección de energía.
«Estos sistemas de concreto livianos y mecánicamente sintonizables pueden abrir una puerta al uso de concreto en diversas aplicaciones, como materiales de ingeniería de absorción de impactos en aeropuertos para ayudar a reducir la velocidad de aviones fuera de control o sistemas de aislamiento de bases sísmicas», dijo Amir.
Se produce suficiente energía para ejecutar aplicaciones de bajo consumo
Los estudios han demostrado que el material es lo suficientemente eficiente como para producir la electricidad necesaria para alimentar los sensores de carretera. Además, las «señales eléctricas autogeneradas por el hormigón metamaterial bajo excitaciones mecánicas también se pueden utilizar para monitorear daños dentro de la estructura de hormigón o para monitorear terremotos mientras se reduce su impacto en los edificios».
Los investigadores esperan que estas estructuras inteligentes ayuden a fomentar la conducción autónoma . Esto se debe a la capacidad del material para alimentar «chips incrustados dentro de las carreteras que ayudan a los autos autónomos a navegar en las carreteras cuando las señales de GPS son demasiado débiles o LIDAR no funciona».
