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Borja TosarJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor Socasestructuras 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 pamsDEMJuan Carlos GilPAMSGimlimateriales PAMSPolycatenated Architected MaterialMateriales estructurados policatenadosCaltechCaliforniaUNAMfigura 1CADfigura 2Francis VillatoroADN
Materiales PAMS sólidos fluidos granulares
Con
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Juan Carlos Gil explica cómo las simulaciones por elementos discretos ayudan a interpretar los ensayos mecánicos realizados en los materiales PAMS.
…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 #2
Juan Carlos Gil explica cómo se consideran factores como la composición química, los enlaces atómicos y la estructura al diseñar nuevos materiales.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #14 · Palabras #3composición química nuevos materialesenlaces atómicos estructura materialestopología organización espacial materiales…porque hablaba, además en inglés se dice, ¿cómo es? Arquitectured, Arquitected, Arquitected Materials. Sí, sí, yo no sabía muy bien cómo traducirlo en español, dije diseño. El español medio me lo he inventado, porque no se dice, bueno, no se llama de diseño. Pues sí, mira, cuando se piensan nuevos materiales o si te pones a diseñar nuevos materiales, solemos tener en cuenta tres factores: la composición química, cómo los átomos se enlazan entre sí y la estructura; vidrios, cristales o si acaso materiales granulares en estado sólido que es lo habitual. Pero hay otra dimensión en esto que a menudo pasa un poquito más desapercibida: que es la topología, la forma en la que los elementos estructurales de aquello que estás montando se organizan y se relacionan en el espacio. Hay ejemplos de materiales que deben parte de su función a su topología, como los fulerenos, que alguna vez hemos mencionado, estas cajas, balones de fútbol, formadas completamente por átomos de carbono, que son capaces de englobar dentro de ellas un grupo…
Francis Villatoro relaciona los conceptos de nudos y trenzados matemáticos con la física de estado sólido y la materia condensada, mencionando ejemplos como proteínas y ADN.
Habla: Francis VillatoroSignificado #17nudos y trenzados matemáticosfísica de estado sólido materia condensadaproteínas y adn como macromoléculasartículos anudando adn…común, pero a veces se mantiene el divisor porque son modificaciones de materiales que tenían la carga topológica entera y entonces al aparecer un caso fraccionario se incorpora también el concepto de que es topología y no se cambia la definición de la carga. Me recordaba a unos conceptos matemáticos que también has discutido tú en el programa, como los nudos o los trenzados, que son objetos puramente matemáticos; o también existen materiales físicos que deriven de eso, no estoy seguro. Bueno, pero que tiene cierta conexión. En física de estado sólido o en materia condensada podemos trenzar ciertas propiedades del material. No es un trenzado físico del material, sino que es un trenzado de ciertas propiedades, la estructura de bandas, etc. Vale, entonces sí que ahí se podría hablar de materiales topológicos posiblemente. Sí, claro, con macromoléculas, como pueden ser tanto proteínas, como ADN, como muchos otros polímeros, si se puede hacer un trenzado, anudar y hacer cosas por el estilo. Se han publicado artículos anudando ADN, por ejemplo. Sí, bueno, el ADN daría para 27. 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.…
Juan Carlos Gil describe la composición y origen de un artículo científico, destacando que los autores son estadounidenses y provienen principalmente del estado de California, incluyendo instituciones como Caltech.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #15 · Palabras #6artículo científico california caltechmateriales estructurados geometría propiedadesgranulares discretos empaquetados ejemploestructuras rígidas continuas andamios placas…cuando empezamos a hacer Coffee Break hace 10 años, nombrar un coautor chino era como una cosa exótica y era la comidilla y hacíamos bromas y tal. Ahora ya, hoy en día, es raro el programa en el que no hablemos de paper con autores, incluso de primer autor. Chinos o incluso de instituciones chinas. El primer artículo eran instituciones chinas; estos no, estos están en Caltech. Son nueve autores en total y son todos de California: no solo Caltech, también otros centros, pero son todos americanos. Decíamos estos materiales estructurados o diseñados, cuyas propiedades emergen no de la composición sino de la geometría. Son típicamente de dos tipos: 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…
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 #3 · Palabras #4nueva 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 n…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…
Juan Carlos Gil explica cómo las simulaciones por elementos discretos ayudan a interpretar los ensayos mecánicos realizados en los materiales PAMS.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #2estructuras 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…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 #2 · Palabras #1pams y mallas medievalesfrancis y diferentes escalasredes tridimensionales como sólidosmateriales granulares comportamiento fluidorobótica blanda aplicaciones pamsestructuras con amortiguación inteligente…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…