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Ryan Schoell, investigador de los Laboratorios Nacionales Sandia.
(SNL - Craig Fritz)
Científicos han visto por primera vez como unos trozos de metal resquebrajados se vuelven a fundir por su cuenta sin intervención externa, un fenómeno que contradice las teorías científicas actuales
Muchas máquinas, como los aviones, o estructuras, como los puentes, están hechas de materiales metálicos que con su uso habitual y el movimiento acaban generando tensiones que provocan grietas microscópicas. Con el tiempo esas grietas van haciéndose más grandes hasta que el material se rompe definitivamente. Pero ahora, un equipo de investigadores ha observado que este fenómeno tan habitual no tiene por qué ser siempre así, abriendo la puerta a una nueva generación de materiales de fabricación y estructuras que se reparan solas.
"Desde las soldaduras de nuestros dispositivos electrónicos hasta los motores de nuestros vehículos o los puentes por los que circulamos, estas estructuras suelen fallar de forma impredecible debido a cargas cíclicas que provocan la aparición de grietas y, finalmente, la rotura", explica Brad Boyce, científico de materiales de los Laboratorios Nacionales Sandia, en EEUU. "Cuando fallan, tenemos que hacer frente a costes de sustitución, pérdida de tiempo y, en algunos casos, incluso lesiones o pérdida de vidas humanas. El impacto económico de estos fallos se mide en cientos de miles de millones de dólares cada año en EEUU".
En 2013, Michael Demkowicz, antiguo investigador del MIT y actual profesor en la universidad de Texas A&M, publicó una teoría basada en simulaciones por ordenador que aseguraba que en determinadas condiciones, el metal debería ser capaz por sí mismo de soldar las grietas formadas por el desgaste. Esta teoría contrasta con nuestro conocimiento actual de los mecanismos de los materiales, pero Boyce y un equipo de científicos —que incluye también a investigadores de la universidad texana— han podido observar con sus propios ojos y por primera vez que la teoría de Demkowicz es cierta.
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"Lo que hemos confirmado es que los metales tienen su propia capacidad intrínseca y natural de regenerarse a sí mismos, al menos en el caso de daños por fatiga a nanoescala", asegura Boyce que es el autor principal del artículo de Nature que describe este descubrimiento. "Fue absolutamente asombroso verlo de primera mano”.
Un descubrimiento accidental
En el pasado hemos visto algunos materiales como los plásticos que tienen la capacidad de autorregenerarse cuando se rompen, pero ésto no se había observado nunca antes en metales. "Las grietas en los metales sólo pueden hacerse más grandes, no más pequeñas. Incluso algunas de las ecuaciones básicas que utilizamos para describir el crecimiento de las grietas excluyen la posibilidad de tales procesos de curación", afirma Boyce.
Según cuenta el equipo, el descubrimiento se produjo cuando los investigadores Khalid Hattar y Chris Barr, dos de los autores del estudio, estaban realizando unas pruebas en el laboratorio de la Universidad de Tennessee, Knoxville, para evaluar la formación de grietas a nanoescala en una pieza de platino. La técnica que desarrollaron para el estudio permitía tirar de los extremos del metal repetidamente a una velocidad de 200 veces por segundo para generar tensión, pero a los 40 minutos del experimento sucedió algo sorprendente. A través del microscopio electrónico observaron que un extremo de la grieta se fusionó y volvió a su estado original sin dejar rastro de la rotura anterior.
Cuando Boyce fue notificado del descubrimiento pensó en la teoría de Demkowicz y compartió con él los resultados. "Me alegré mucho de oírlo, por supuesto", dijo Demkowicz. El investigador recreó el experimento en un modelo informático, corroborando unos resultados que concuerdan con lo que él había establecido en sus teorías.
Que este descubrimiento se haya producido no significa que inmediatamente vayamos a tener coches o aviones que se arreglan solos o puentes más duraderos. Pero es un primer paso para entender cómo suceden estos procesos de autoreparación y poder aplicarlos industrialmente.
"El grado de generalización de estos hallazgos será probablemente objeto de una amplia investigación", afirmó Boyce. "Demostramos que esto ocurre en metales nanocristalinos en el vacío. Pero no sabemos si también puede inducirse en metales convencionales en el aire".
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