El lado visual de la cultura humana está lleno de símbolos que tienen un significado histórico. Transmiten lenguaje y emoción y actúan como un registro de nuestra evolución. Más recientemente, los ingenieros se han inspirado en estas formas culturales, ya que sus geometrías pueden albergar un potencial sin explotar para materiales robustos. Tomemos como ejemplo el antiguo arte del origami, una práctica recreativa culturalmente rica que ha proporcionado la base para diseños sorprendentemente duraderos, lo que ha llevado a avances en la industria aeroespacial, los implantes biomédicos y la robótica.
Ahora, investigadores de la Universidad de Edimburgo han probado materiales impresos en 3D hechos de diferentes caracteres chinos para determinar su resistencia, densidad y rigidez. Como se describe en su artículo, publicado en el Journal of Applied Physics, un personaje tuvo un desempeño especialmente bueno, lo que sugiere potencial para una amplia gama de aplicaciones de ingeniería.
Caracteres chinos (arriba), diseños de celdas unitarias (centro) y metamateriales impresos en 3D resultantes (abajo).
(Crédito de la imagen: Chloe Doey Leung y Parvez Alam)
¿Qué hace que los caracteres chinos sean tan interesantes para los ingenieros?
En la búsqueda de diseños nuevos y duraderos, los ingenieros han recurrido cada vez más a patrones culturalmente arraigados. Más allá del éxito de aplicar los principios del origami al diseño industrial moderno, la intrincada simetría geométrica que se encuentra en los patrones de azulejos islámicos también ha inspirado el software de diseño y la ingeniería estructural.
Ahora, los científicos esperan aprovechar este impulso estudiando la durabilidad de los caracteres chinos como patrones estructurales, expandiendo potencialmente su uso más allá del lenguaje escrito.
“Ciertos caracteres chinos tienen geometrías fuertes y distintivas, y estas son formas que ‘parecían’ como si pudieran exhibir propiedades y comportamientos mecánicos únicos”, dijo el coautor del estudio Parvez Alam de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Edimburgo en un comunicado de prensa.
Los caracteres chinos se diferencian del alfabeto latino en que a menudo consisten en curvas, vigas transversales y elementos graduados que llenan formas cuadradas, formas que en teoría son ideales para crear unidades funcionales repetitivas.
“Estas son cualidades arquitectónicas que vemos aplicadas a los metamateriales en general”, dijo Alam. “Y una pregunta que me vino a la mente fue si estos personajes antiguos también podrían servir como arquitecturas metamateriales no convencionales con propiedades y comportamientos especializados”.
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Algunos caracteres chinos impresos en 3D funcionan mejor que otros
Los metamateriales son materiales que se definen más por su estructura estampada que por su composición. Para probar si los caracteres chinos podrían usarse en diseños funcionales, los investigadores seleccionaron cuatro caracteres simples, crearon filas de unidades repetidas para cada uno, los imprimieron en 3D y probaron mecánicamente su rendimiento.
El primer carácter, 人, se parece a una “V” invertida y significa “persona”. El siguiente, 大, agrega un trazo horizontal y se traduce como “grande”. El carácter de “cielo”, 天, agrega otro trazo horizontal en la parte superior, mientras que el carácter final, 夫, que significa “marido”, se diferencia de “cielo” por un pequeño trazo que sobresale por encima de la línea superior.
Las pruebas de resistencia, incluida la compresión bajo cargas pesadas, mostraron que algunos personajes funcionaron mejor que otros desde una perspectiva metamaterial. El personaje de “persona” falló primero, probablemente debido a su curvatura sin soporte. En cambio, los personajes con trazos horizontales distribuyeron la carga de manera más efectiva, alineándose con los principios establecidos en estática sobre la importancia de los travesaños. En general, los investigadores encontraron que el carácter de “cielo” (天) exhibía las propiedades mecánicas más favorables.
Conectando ingeniería e historia
Los investigadores ven un gran potencial en sus hallazgos, no sólo para los metamateriales, sino también para hacer que la ingeniería sea más interdisciplinaria y accesible. Sugieren que los diseños basados en símbolos pueden ayudar a unir la ingeniería, la ciencia de los materiales y la historia.
Según Alam, apenas arañaron la superficie. Hay miles de caracteres chinos para explorar, sin mencionar otros ricos sistemas de escritura como el bengalí, el árabe y tradiciones caligráficas más amplias.
“La utilidad de los símbolos, si bien tiene valor en el diseño de ingeniería, también debería generar un tipo diferente de interés por el aprendizaje”, añadió Alam. “Espero que podamos fomentar más interacciones interdisciplinarias a través de esto. STEM es divertido, pero también lo es todo lo demás”.
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