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» » » Discutiendo la física de los materiales granulares

Referencia: Phys.org .
por Emily Conover, 15 febrero 2014

Si viertes arena en un cubo verás que fluye como un líquido, pero te subes encima de él y soportará el peso como un sólido. Este comportamiento inusual es una propiedad de los materiales granulares, y una de las razones por las que Heinrich Jaeger, William J. y Alicia Townsend Friedman, profesores de Física en la Universidad de Chicago, ha optado por centrarse en este tipo de materiales en sus investigaciones.


Jaeger presentará una conferencia sobre "Granular Matter: From Basic Questions to New Concepts and Applications", en la reunión anual 2014 de la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia .

El tema ha llevado a su grupo desde la ciencia básica de los materiales granulares a sus aplicaciones tecnológicas. El estudio de estas aplicaciones más tarde les condujo de regreso a nuevas preguntas de ciencia básica. En su charla, Jaeger hará hincapié en la naturaleza cíclica de su proceso. "No es sólo una calle de un solo sentido, ni siquiera una vía de doble sentido, en realidad es algo circular", señaló Jaeger.

Los materiales granulares son especiales porque son materiales no-equilibrados, a diferencia de los cristalinos, nunca serán capaces de alcanzar un estado óptimo de embalaje. "Es como un material prototípico, que no puede encontrar su punto dulce", comentó Jaeger . Los materiales granulares se han usado como un sistema modelo para ayudar a los científicos a estudiar el comportamiento de los materiales de forma similar al vidrio, que es estructuralmente como un líquido, pero se comporta como un sólido.

El grupo ha estado estudiando una propiedad llamada "jamming", que describe la transición de líquido a sólido análogamente al material granular. Un atasco de tráfico es un ejemplo conocido de este fenómeno, los coches fluyen sin problemas hasta que se produce una transición de fase, y aparece el atasco.

Esta ciencia básica ha llevado al grupo a nuevas aplicaciones para estos materiales. Jaeger discutirá este trabajo de colaboración de su grupo con los desarrolladores de robótica para lograr una integración de la propiedad de jamming [interferencia] en los robots. Los robots son típicamente estructuras rígidas, pero los robots de interferencia pueden ser flexibles, reformarse ellos mismos y volverse duros de nuevo. Una de las aplicaciones que ha trabajado el grupo es una pinza robótica. En lugar de dedos rígidos, que pueden tener problemas para aprehender formas complejas, una pinza flexible se puede utilizar para moldearse alrededor de un objeto, y la interferencia puede ser inducida después para apretar su agarre.

La cuestión de cómo optimizar los materiales para su uso en aplicaciones ha llevado de nuevo al grupo de Jaeger a la ciencia fundamental. Se dieron cuenta de que los científicos sabían cómo ir de las propiedades de las partículas individuales al comportamiento de la material granular compuesta por tales partículas, pero que ignoraban cómo empezar con el comportamiento deseado de un material, por ejemplo, de un material fuerte bajo compresión, y determinar cómo diseñar las partículas para obtener dicho resultado.

Para entender la resolución de este problema de los materiales granulados, y en general, de los problemas de ciencia de materiales, ahora el grupo de Jaeger está trabajando con los algoritmos evolutivos, usando los ordenadores para modelar procesos de tipo evolutivo y así generar la forma de partícula óptima para una aplicación dada.

"Todo esto salió, básicamente, de una búsqueda de base fundamental para poder entender la transición del cristal", señaló Jaeger.


- Fuente: Universidad de Chicago .
- Imagen: Heinrich Jaeger. Crédito: UChicago Creative
.

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Editor del blog Pedro Donaire

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