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Revestimientos 'inteligentes' de mezclas militares
Los convoyes de tanques del ejército de los Estados Unidos están recorriendo Kuwait este mes, listos nuevamente para desempeñar un papel clave en la guerra con Irak. Pero antes de disparar un solo tiro, esos tanques ya están enfrascados en la batalla con viejos enemigos: las arenas del desierto azotando, el sol abrasador e incluso el aire mismo.
Cada año, el eje de la corrosión le cuesta al Ejército de los EE. UU. $ 10 mil millones de dólares - $ 2 mil millones solo para pintar y raspar, un trabajo intensivo en mano de obra que es peligroso para las personas y el medio ambiente. Así que el otoño pasado, el Centro de Investigación, Desarrollo e Ingeniería de Armamento, Investigación y Desarrollo de Armamento y Tanques-Automotriz del Ejército (TACOM-ARDEC) en Picatinny Arsenal, Nueva Jersey, preguntó a una coalición de investigadores del Instituto de Tecnología de Nueva Jersey, la Universidad de Clemson y la Universidad de Illinois para hacer algo al respecto. El comando les otorgó $ 838,000 y prometió hasta $ 1.5 millones más para encontrar materiales que combinen características de autocuración con la capacidad de cambiar de color y detectar daños estructurales o cambios ambientales. Dan Watts, el hombre que dirige el programa de NJIT, dice que su investigación ha sido impulsada por avances inesperadamente rápidos en polímeros autorreparables y electrónicos hechos de nanotubos de carbono que van más allá del ámbito de la especulación académica interesante y se acercan a la practicidad económica.
Encontrar la mezcla adecuada
Durante varios años, los investigadores de materiales han buscado polímeros autorreparables que se puedan aplicar a una superficie, como la maquinaria industrial, y que resistirían el deterioro que se produce con el tiempo (ver Nanobiomateriales , TR, noviembre de 2002). Pero nadie ha encontrado todavía un material que pueda repararse a sí mismo repetidamente, funcionar como una capa delgada, almacenarse durante años y, para aplicaciones militares, resistir los agentes químicos. Con ese fin, el grupo Picatinny buscó a Nancy Sottos, profesora de mecánica en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. El laboratorio de Sottos diseñó un epoxi con cápsulas de escala micrométrica que estallan cuando se forman grietas, sellándolas rápidamente. ( Haga clic para ver la animación .) La clave para convertirlo en un producto es la vida útil, dice Sottos. En este momento, los mezclamos y los dividimos de inmediato.
Además de las propiedades de autorreparación, el revestimiento inteligente ideal del Ejército también debe incorporar dispositivos a nanoescala que detecten la corrosión en el momento en que ocurre, tal vez, dice Watts, al detectar el movimiento en el material.
Para detectar su entorno, recibir comandos y propagar los cambios de color de una molécula a la siguiente, los recubrimientos necesitarán cableado. En Clemson, los investigadores creen que los nanotubos de carbono pueden servir; llenan los tubos con hierro para crear circuitos rudimentarios, aunque todavía no está claro si este enfoque de bajo consumo puede crear la gama de colores que el Ejército necesita. De vuelta en el Instituto de Tecnología de Nueva Jersey, sus colaboradores están trabajando para controlar los nanotubos con electricidad, luz y láser, dice Joseph Argento, adjunto del Centro de Ecología Industrial del Ejército en Picatinny.
La colaboración está investigando sistemas microelectromecánicos (MEMS), que se están estudiando en otros lugares de Picatinny, aunque existen dudas de que las máquinas microscópicas proporcionarán la combinación adecuada para recubrimientos inteligentes. Esa sigue siendo una tecnología atractiva, dice Laura Battista, ingeniera ambiental en Picatinny que trabaja en recubrimientos inteligentes. Pero no hay nada disponible en este momento. MEMS podría ser útil, sin embargo, en pantallas que hacen que los vehículos sean invisibles para los satélites, dicen estos investigadores.
El objetivo final, dice Watts, es mostrar una imagen de los alrededores del vehículo en su superficie. Pero aquí hay un problema: lograr que la imagen falsa se mezcle de manera convincente podría requerir montar la cámara cerca del observador, el enemigo, en este caso. Watts dice que el Ejército podría conformarse con un segundo mejor efecto camaleón que cambia rápidamente de un patrón a otro.
Enciende un interruptor, pinta tu casa
Los recubrimientos inteligentes encontrarán aplicaciones más allá de los militares, dicen los investigadores. Watts imagina autos resistentes a la corrosión que se pueden personalizar en el lugar, vallas publicitarias programables y telas que cambian de color. Los exteriores de los edificios se pueden rediseñar con solo presionar un interruptor. Las empresas de automóviles están en el proceso de desarrollar parachoques autorreparables, dice Argento. Puede imaginarse lo que este revestimiento podría hacer por los edificios y puentes que no tiene que preocuparse por la corrosión, agrega.
A pesar de los formidables obstáculos, los investigadores pretenden producir un prototipo ya en 2005 (aunque posiblemente hasta 2009) si el dinero dura. Los componentes, como los adhesivos autorreparables que no están expuestos a los elementos, podrían llegar antes. Estamos construyendo una base técnica sólida y buena que sugiere que esto debería ser posible, dice Watts. Lo que aún se desconoce es cómo se integrará todo.