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Borja TosarJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor Socasnueva clase de materiales pamsmateriales estructurados policatenados gilpolycatenated architected material tres dimensionesmateriales pams cristalespartícula chisme unidad constructivahuecos para enlazar materialesestructuras complejas materiales pamspartículas entrelazadas evitan colapsofigura 1 del artículo gilnomenclatura chismes materiales pamsrecta topológica como x en pamsestructura diamante identificada con dcúbica centrada cuerpo marcada con bnúmero enlaces partícula indicado por ndiseño materiales pams j4ringtopologías representativas c6cocuboctahedro poliedro pamsestructuras pams diseñadas con cadimpresión 3d de elementos octaedromallas macroscópicas de milímetrosfabricación de materiales pamsmateriales pams vídeos abiertosresinas acrílicas propiedades rigidez fragilidadfenómenos mecánicos resina acrílicaresinas acrílicas manipulan materiales pamsrigidez de las resinas evita deformación partículasfragilidad facilita ensayos mecánicos gilimpresión 3d materiales pamsredes de soporte disolventepartículas conectadas impresión 3drelajación por gravedad piezas pamspruebas mecánicas materiales pamscompresión esponjitas impresas en 3dcizalladura capas de materialreología oscilatoria respuesta a girossimulaciones elementos discretos pamsmateriales pams sólidos fluidos granularesanálisis dem cuerpos rígidosmateriales pams comportamiento arenacizalladura materiales pams dualidadmateriales pams adaptados aplicacionesdeformabilidad materiales pams containerabsorción energía amortiguadores pamsrigidez estructuras materiales pamsPAMSPolycatenated Architected Materialmateriales PAMSCADUNAMJuan Carlos GilMateriales estructurados policatenadosGimlifigura 2Francis Villatorofigura 1DEMJ4RingC6COPolycatenated Architecture MaterialsBAMHéctor Socascoeficiente de PoissonCaliforniaCaltech
Materiales PAMS
Con
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Juan Carlos Gil explica la aparición de una nueva clase de materiales, los PAMS, situándolos entre categorías existentes como los discretos y los continuos.
…que se abren y se cierran y que al final tienen un guante de boxeo, ¡pam! Bueno, pues si lo aprietas en una dirección se extiende o se contrae en la otra. Esto es el acoplamiento de formación corte perpendicular, nombres muy complicados. Bueno, pues estos. Materiales han presentado una nueva clase de materiales entre los dos que os he dicho, entre los discretos y los continuos, entre los terrosos y los discretos, entre los discretos y los continuos; quería decir que es lo que han llamado PAMS, P-A-M, de Polycatenated Architected Material, que es exactamente el nombre del artículo: materiales estructurados policatenados en tres dimensiones. Lo que hacen para diseñar estos materiales es partir de redes espaciales conocidas, como las cristalográficas, y asignan a cada nodo del supuesto cristal una unidad constructiva hueca, un chisme, que ellos llaman partícula, que puede ser toros o poliedros abiertos en los que solamente tenemos los vértices. La cosa es que necesitamos huecos para enlazarlos entre sí. Esa es la gracia. En una red cúbica centrada en el cuerpo, por ejemplo, plantan un cubo en cada vértice más pequeñito, pero hueco, solamente con las mallas de los vértices y de las Aristas, pero entrelazados entre sí. Cada uno con los cuatro de arriba, abajo, derecha, izquierda, los seis de atrás, en fin, y eso; así es como forman estos bichos, porque estas partículas se entrelazan. Si no estuviesen entrelazadas, al soltarlas se desmoronarían sobre la mesa. Esto se ve mucho mejor de como lo he explicado en la figura 1 del artículo. Montan una nomenclatura para estos chismes que se están inventando X-N-ABC, donde la X es la recta topológica de la que parten. Usan D para la tipo diamante y B para la cúbica centrada en el cuerpo. B de body, body center. La N del centro es el número de enlaces por partícula: 4, 6, 8 y el ABC da cuenta de la forma del bloque estructural que se repite. Ring para anillo, Tet para tetraedro y así. Entonces, claro existen innumerables topologías posibles. Lo que hacen los tipos es elegir 8 casos representativos desde el J4Ring, 4 anillos en la configuración J, que no recuerdo cuál es, hasta la C6CO, donde la CO de este segundo caso alude al cuboctahedro, otro poliedro que hay por ahí y lo que hacen, bueno, su sueño inicial era hacerlo de. Forma atómica, pero no les daba; han empezado haciéndolo macroscópicamente. Usan herramientas CAD para diseñar estas estructuras y las imprimen en 3D. Cada elemento, como el cubo octaedro o los anillos, tienen nada, un par de milímetros; son realmente muy chiquititas, pero imprimen 100%, un montonazo de ellas de tal forma que las estructuras resultantes, las mallas, son macroscópicas; son como de 5 por 5 por 5 centímetros y hay. Un montón de vídeos que al final es lo que os recomiendo que miréis. Los vídeos están en abierto, el artículo es cerrado pero los vídeos están en abierto y los manipulan con las manos y es una chulada. Utilizan una resina acrílica aposta porque es rígida y frágil a la vez que eso les permite observar bien los fenómenos mecánicos, ¿por qué? Al ser rígida permite que las partículas estas de las que hablamos no se deformen fácilmente al ser manipuladas. Y al ser frágil, esto les viene bien porque cuando hacen los ensayos mecánicos, si se pasan de frenada, pues el material se rompe claramente; es fácil de ver y no hay efectos plásticos que se deformen y estén midiendo lo que no debes. Así que lo explican muy bien en el artículo, por Eso eligen este material. Obviamente durante la impresión 3D las piezas, las mini piezas, las partículas están conectadas con unas redes de soporte que llaman muy finitas, que luego tienen que pasar por disolvente para matarlas y que se te queden las pececillas sueltas. Entonces las sacan de este disolvente, ya se han soltado y las dejan relajar por gravedad; al principio están así, infladitas, y las ponen en la mesa y se van aplastando hasta que adoptan la configuración de mínima energía. Esto se ve bien en la figura 2. Bueno, pues los autores les hacen un montón de barrabasadas a estas esponjitas, a los ocho ejemplos que han impreso, mediante compresión, ya sabéis, simplemente ver cómo se resisten al aplastamiento. Pruebas de cizalladura, que es como se deslizan unas capas del material sobre las otras y también lo que llaman reología oscilatoria; de nuevo un nombre rimbombante para analizar su respuesta a giros periódicos. Como suele ser muy habitual también en los últimos años, para ayudar en la interpretación de estos ensayos, porque no son fáciles, hacen simulaciones por elementos discretos; asumen que las partículas son cuerpos rígidos y mediante simulaciones de DEM pues les ayuda a ver lo que están observando en las manos. No voy a entrar en detalles; se pega en una pasada de análisis de flipar el resumen gracioso. Lo que me ha llamado la atención es que estos materiales presentan una combinación extraña, no habitual de comportamientos mecánicos propios de los sólidos; es decir, por ejemplo, absorben energía cuando se comprimen, ¿vale? Pero también a veces muestran características propias de los fluidos granulares. Cuando las piezas todavía no están dominadas por su conexión, pues se comportan como arena, ¿no? Por ejemplo, cuando se les aplica cizalladura; y esto es lo que mola, esta dualidad de comportamiento rígido y fluido, y que además se puede tunear cambiando el tipo de particulita o la forma de la red, da una flexibilidad brutal y se puede controlar para la aplicación que se quisiese usar. Puedes dotarle de mayor deformabilidad si lo que estás buscando es eso, cosas que deben adaptarse a la forma del container o de lo que sea. Puedes darles capacidades de mayor absorción de energía, por ejemplo para amortiguadores, o mayor rigidez si lo que planteas es un uso de este material para hacer estructuras. En la última parte. Del artículo hacen unos poquitos de estos pumps a microescala. Es otra técnica; utilizan litografía de dos fotones, hacen cositas de un par de milímetros y comprueban que estos mini pumps tienen las mismas propiedades que sus hermanos mayores. Pero como la…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil introduce el tema de los 'arquitected materials' o materiales diseñados, mencionando que varios equipos están investigándolos desde diferentes perspectivas para crear materiales entrelazados.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #16propiedades materiales relación partesfenómeno interesantísimo materiales tunablesmateriales modificables átomos enlacesarquitected materials equipos investigaciónmateriales diseñados escalas distintasobjetivo crear materiales entrelazados…Bueno, el caso es que haciendo este tipo de barrabasadas topológicas puedes afectar las propiedades electrónicas, como decíamos en los aislantes topológicos, cuánticas, como los superconductores topológicos, o a menudo simplemente mecánicas. A nadie se le escapa que las propiedades de un material sean modificables o emerjan, no de los átomos y sus enlaces, sino de cómo se relacionan las distintas partes del material entre sí. Bueno, pues obviamente es un fenómeno interesantísimo que abre la puerta a una cantidad posible de materiales que eso, que podríamos tunear cuando aprendamos más a hacerlo. Modificando su arquitectura y este tipo de cosas, estos materiales, arquitected materials, materiales diseñados, pues están estudiando por un montón de equipos y desde múltiples ángulos, algunos fascinante Y en este sentido os quería hablar de dos, de dos artículos que hacen este tipo de cosa a escalas muy distintas y con, en fin, mecanismos distintos pero que apuntan al mismo objetivo Crear materiales, en este caso ambos dos, entrelazados Con nuevas propiedades, el primer artículo se titula Monocristales de redes poliméricas, tejidas bidimensionales, autoportantes y puramente orgánicas. Hace mucha gracia cuando en un título de un artículo describes, haces un mini abstract; la verdad. Bueno,…
Juan Carlos Gil explica las propiedades de las estructuras rígidas, destacando su alta resistencia con poco material y mencionando el coeficiente de Poisson negativo, que describe materiales que se expanden en una dirección al ser estirados o comprimidos.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #20estructuras rígidas alta resistenciacoeficiente poisson negativo materialesexpansión perpendicular al estiramiento…o granulares discretos, granulares, bolitas, arena, bolitas empaquetadas por ejemplo; o están formados por estructuras rígidas continuas, típicamente como andamios o barras o placas, quizá unas placas apiladas encima de otras; o como mucho cosas curvas. Ese es el tipo de cosas que típicamente dan estas estructuras rígidas, con lo cual tienen alta resistencia con poco material, por tanto bajo peso. Los hay de coeficiente de Poisson negativo, que he ido a recordar porque reconozco que no lo controlaba. El coeficiente de Poisson es lo que tienen algunos materiales que si los estiras o los comprimes en una dirección, en la dirección perpendicular sufren el mismo efecto. No sé, si coges una goma y la estiras longitudinalmente se aprieta en el extremo perpendicular; bueno, pues hay materiales que los estiras por un lado y se expanden por el otro, ¿vale? Pues típicamente esto es así. Y tienen otra cosa, bueno quizá un poquito complicada de expresar, que es acoplamiento entre deformaciones por corte y las normales a la dirección de aplicamiento. Es un poquito parecido a lo anterior, pero no es lo mismo, y se me ocurrió cuando miraba lo que…
Juan Carlos Gil explica la aparición de una nueva clase de materiales, los PAMS, situándolos entre categorías existentes como los discretos y los continuos.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1nueva clase de materiales pamsmateriales estructurados policatenados gilpolycatenated architected material tres dimensionesmateriales pams cristalespartícula chisme unidad constructivahuecos para enlazar materialesestructuras complejas materiales pamspartículas entrelazadas evitan colapsofigura 1 del artículo gilnomenclatura chismes materiales pamsrecta topológica como x en pamsestructura diamante identificada con dcúbica centrada cuerpo marcada con bnúmero enlaces partícula indicado por ndiseño materiales pams j4ringtopologías representativas c6cocuboctahedro poliedro pamsestructuras pams diseñadas con cadimpresión 3d de elementos octaedromallas macroscópicas de milímetrosfabricación de materiales pamsmateriales pams vídeos abiertosresinas acrílicas propiedades rigidez fragilidadfenómenos mecánicos resina acrílicaresinas acrílicas manipulan materiales pamsrigidez de las resinas evita deformación partículasfragilidad facilita ensayos mecánicos gilimpresión 3d materiales pamsredes de soporte disolventepartículas conectadas impresión 3drelajación por gravedad piezas pamspruebas mecánicas materiales pamscompresión esponjitas impresas en 3dcizalladura capas de materialreología oscilatoria respuesta a girossimulaciones elementos discretos pamsmateriales pams sólidos fluidos granularesanálisis dem cuerpos rígidosmateriales pams comportamiento arenacizalladura materiales pams dualidadmateriales pams adaptados aplicacionesdeformabilidad materiales pams containerabsorción energía amortiguadores pamsrigidez estructuras materiales pams…que se abren y se cierran y que al final tienen un guante de boxeo, ¡pam! Bueno, pues si lo aprietas en una dirección se extiende o se contrae en la otra. Esto es el acoplamiento de formación corte perpendicular, nombres muy complicados. Bueno, pues estos. Materiales han presentado una nueva clase de materiales entre los dos que os he dicho, entre los discretos y los continuos, entre los terrosos y los discretos, entre los discretos y los continuos; quería decir que es lo que han llamado PAMS, P-A-M, de Polycatenated Architected Material, que es exactamente el nombre del artículo: materiales estructurados policatenados en tres dimensiones. Lo que hacen para diseñar estos materiales es partir de redes espaciales conocidas, como las cristalográficas, y asignan a cada nodo del supuesto cristal una unidad constructiva hueca, un chisme, que ellos llaman partícula, que puede ser toros o poliedros abiertos en los que solamente tenemos los vértices. La cosa es que necesitamos huecos para enlazarlos entre sí. Esa es la gracia. En una red cúbica centrada en el cuerpo, por ejemplo, plantan un cubo en cada vértice más pequeñito, pero hueco, solamente con las mallas de los vértices y de las Aristas, pero entrelazados entre sí. Cada uno con los cuatro de arriba, abajo, derecha, izquierda, los seis de atrás, en fin, y eso; así es como forman estos bichos, porque estas partículas se entrelazan. Si no estuviesen entrelazadas, al soltarlas se desmoronarían sobre la mesa. Esto se ve mucho mejor de como lo he explicado en la figura 1 del artículo. Montan una nomenclatura para estos chismes que se están inventando X-N-ABC, donde la X es la recta topológica de la que parten. Usan D para la tipo diamante y B para la cúbica centrada en el cuerpo. B de body, body center. La N del centro es el número de enlaces por partícula: 4, 6, 8 y el ABC da cuenta de la forma del bloque estructural que se repite. Ring para anillo, Tet para tetraedro y así. Entonces, claro existen innumerables topologías posibles. Lo que hacen los tipos es elegir 8 casos representativos desde el J4Ring, 4 anillos en la configuración J, que no recuerdo cuál es, hasta la C6CO, donde la CO de este segundo caso alude al cuboctahedro, otro poliedro que hay por ahí y lo que hacen, bueno, su sueño inicial era hacerlo de. Forma atómica, pero no les daba; han empezado haciéndolo macroscópicamente. Usan herramientas CAD para diseñar estas estructuras y las imprimen en 3D. Cada elemento, como el cubo octaedro o los anillos, tienen nada, un par de milímetros; son realmente muy chiquititas, pero imprimen 100%, un montonazo de ellas de tal forma que las estructuras resultantes, las mallas, son macroscópicas; son como de 5 por 5 por 5 centímetros y hay. Un montón de vídeos que al final es lo que os recomiendo que miréis. Los vídeos están en abierto, el artículo es cerrado pero los vídeos están en abierto y los manipulan con las manos y es una chulada. Utilizan una resina acrílica aposta porque es rígida y frágil a la vez que eso les permite observar bien los fenómenos mecánicos, ¿por qué? Al ser rígida permite que las partículas estas de las que hablamos no se deformen fácilmente al ser manipuladas. Y al ser frágil, esto les viene bien porque cuando hacen los ensayos mecánicos, si se pasan de frenada, pues el material se rompe claramente; es fácil de ver y no hay efectos plásticos que se deformen y estén midiendo lo que no debes. Así que lo explican muy bien en el artículo, por Eso eligen este material. Obviamente durante la impresión 3D las piezas, las mini piezas, las partículas están conectadas con unas redes de soporte que llaman muy finitas, que luego tienen que pasar por disolvente para matarlas y que se te queden las pececillas sueltas. Entonces las sacan de este disolvente, ya se han soltado y las dejan relajar por gravedad; al principio están así, infladitas, y las ponen en la mesa y se van aplastando hasta que adoptan la configuración de mínima energía. Esto se ve bien en la figura 2. Bueno, pues los autores les hacen un montón de barrabasadas a estas esponjitas, a los ocho ejemplos que han impreso, mediante compresión, ya sabéis, simplemente ver cómo se resisten al aplastamiento. Pruebas de cizalladura, que es como se deslizan unas capas del material sobre las otras y también lo que llaman reología oscilatoria; de nuevo un nombre rimbombante para analizar su respuesta a giros periódicos. Como suele ser muy habitual también en los últimos años, para ayudar en la interpretación de estos ensayos, porque no son fáciles, hacen simulaciones por elementos discretos; asumen que las partículas son cuerpos rígidos y mediante simulaciones de DEM pues les ayuda a ver lo que están observando en las manos. No voy a entrar en detalles; se pega en una pasada de análisis de flipar el resumen gracioso. Lo que me ha llamado la atención es que estos materiales presentan una combinación extraña, no habitual de comportamientos mecánicos propios de los sólidos; es decir, por ejemplo, absorben energía cuando se comprimen, ¿vale? Pero también a veces muestran características propias de los fluidos granulares. Cuando las piezas todavía no están dominadas por su conexión, pues se comportan como arena, ¿no? Por ejemplo, cuando se les aplica cizalladura; y esto es lo que mola, esta dualidad de comportamiento rígido y fluido, y que además se puede tunear cambiando el tipo de particulita o la forma de la red, da una flexibilidad brutal y se puede controlar para la aplicación que se quisiese usar. Puedes dotarle de mayor deformabilidad si lo que estás buscando es eso, cosas que deben adaptarse a la forma del container o de lo que sea. Puedes darles capacidades de mayor absorción de energía, por ejemplo para amortiguadores, o mayor rigidez si lo que planteas es un uso de este material para hacer estructuras. En la última parte. Del artículo hacen unos poquitos de estos pumps a microescala. Es otra técnica; utilizan litografía de dos fotones, hacen cositas de un par de milímetros y comprueban que estos mini pumps tienen las mismas propiedades que sus hermanos mayores. Pero como la…
Juan Carlos Gil continúa la explicación sobre los materiales PAMS, comparándolos con las mallas medievales y destacando su comportamiento intermedio entre sólidos rígidos y materiales granulares.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #13 · Palabras #5referencia vídeos página webpolycatenated architecture materials bammomento de revelación autores bamnombres materiales arquitectura policatenadapams y mallas medievalesfrancis y diferentes escalasredes tridimensionales como sólidosmateriales granulares comportamiento fluidorobótica blanda aplicaciones pamsestructuras con amortiguación inteligente…son capaces de activarlos, es decir, de provocar estas transiciones de formas mediante cargas electrostáticas con una pequeña carga, un pequeño campo magnético sin tener que aplastarlos o tocarlos con motores o con actuadores mecánicos. Bueno, pues hay unos Vídeos también súper chulos como una Y que se dobla para abajo y para arriba, pues según le pongas esta carguita o no. De nuevo, bueno, los vídeos; si lo único que vais a hacer hoy sobre este artículo es una cosa, ved los vídeos. Dos cositas: una, si nos puedes pasar la referencia de esos vídeos, porque veo en el chat que hay gente preguntándose dónde estarán esos vídeos. Vale. Los incluimos con las referencias en la página web. Ahora mismo paso yo también en la URL cuando acabe de hablar. Y yo no. he leído este paper, pero no tengo pruebas, pero tampoco dudas que hubo un momento de revelación cuando uno de los autores se giró a los demás y le dijo ya sé cómo llamar a estas cosas, las llamaremos Polycatenated Architecture Materials, ¡Bam! ¡Bim! Podría haber sido. Y todos dijeron, ¡hágase! Los nombres y la cierta, ya sabes. Bueno, pues voy concluyendo, ¿por qué me ha parecido interesante lo que cuentan estos artículos? Bueno, pues que ambos dos son importantes avances, a mi modo de ver, en esto de la ingeniería de materiales tejidos, que diría Francis, pero obviamente a diferentes escalas y con distintas aproximaciones. Los PAMS recuerdan de alguna forma las mallas medievales, lo que pasa que estamos hablando de 3D. La cota de maya. La cota de maya de... Gimli es el... Gimli es el de la escena graciosa, el enano. El enano, Gimli. ¿Qué pasa? Que en este caso son redes tridimensionales de cositas entrelazadas y recordad que pueden comportarse como casi sólidos o como casi fluidos, no son tan rígidos como un cristal ni tampoco tan libres como un material granular, están ahí en un espacio intermedio y eso siempre es bueno para tener más opciones para hacer materiales. Aventuran en los autores, creo que no en el artículo, sino en una rueda de prensa, bueno, pues que podrían tener aplicaciones en robótica blanda, que está pegando muy fuerte, en materiales sensibles a estímulos, en amortiguación inteligente o en estructuras que necesiten Reconfigurarse. Por otro lado, teníamos estos tejidos 2D que son verdaderas láminas moleculares con patrones de tejidos de toda la vida. Hemos hecho biomimesis antes de saber que existía eso en la naturaleza y resultan chismes flexibles, autoportantes; esto…