Entender la estructura de los materiales, la clave de la innovación

Investigadores de distintos departamentos de la Facultad de Ingeniería estudian las estructuras de los materiales mediante modernos equipos de alta tecnología, para entender sus propiedades, diseñar procesos de fabricación y desarrollar nuevas aplicaciones para ellos. Actualmente dichas aplicaciones están enfocadas en los sectores ambiental, energético, construcción, infraestructura, microelectrónica, salud y bioingeniería.

Empaques que prolongan la vida de los alimentos, recipientes para hacer semilleros que se desintegran cuando se siembra la planta, casas construidas con una mezcla de cisco de café y PVC o con láminas de guadua, pavimentos más durables, filtros cerámicos para retener partículas de la combustión de motores diesel y prendas que resisten altas temperaturas e impactos no parecen tener nada en común. Pero estos productos y muchos otros que están presentes en la vida cotidiana comparten un elemento esencial: su desarrollo solo es posible porque a partir del conocimiento de las estructuras internas de los materiales, se entienden sus propiedades, se diseñan procesos de fabricación y, por metodologías iterativas, se llega al desempeño deseado.

 

 

Se busca en todos los casos obtener productos mejorados, más eficientes, más baratos y más amigables con el medio ambiente, generados a partir de procesos de fabricación innovadores. En su desarrollo están empeñados ingenieros de la Universidad de los Andes a través de varios grupos de investigación.

Jairo Escobar, ingeniero mecánico con doctorado en Ciencia e Ingeniería de Materiales en Santa Catarina (Brasil), uno de los investigadores de Los Andes apasionado por entender los materiales, explica que el desarrollo y difusión de técnicas que permiten observar o caracterizar sus partes constitutivas ha permitido consolidar el paradigma de estudiar los materiales a través de la interrelación estructura-propiedades-procesos. Fue posible, entonces, conocer las jerarquías estructurales de los materiales en sus diferentes escalas (nano, micro, meso, macro), explicar sus propiedades y comportamiento y crear procesos de fabricación también a diversas escalas (por ejemplo la nanofabricación o microfabricación).

Para ejemplificar esta forma de aproximarse a los materiales, en los casos de investigaciones a nanoescala para producción de semiconductores, se tuvo que estudiar la estructura cristalina del Silicio e identificar sus imperfecciones puntuales (vacancias), y luego, a través de procesos difusivos (dopaje) llenar algunas de estas vacancias con Fósforo. Con ello, el material cambió sus propiedades eléctricas y de esta manera se logró un producto con nuevo desempeño.

Este cambio en el estudio de los materiales originó paradigmas para la formación de los investigadores y para el mercado profesional. Así, hoy cuando los estudiantes aprenden sobre materiales ya no se restringen a la tradicional clasificación de metálicos, cerámicos, poliméricos, etc., sino que las investigaciones les muestran que una aproximación más apropiada para la realidad mundial se centra en los dominios de aplicación: energía, medio ambiente, salud o electrónica, entre otros. Además, dice el ingeniero Escobar, se cuestiona cada vez más la eficacia del empirismo que, mezclando aquí y experimentando allá, obtiene resultados y ve que las piezas funcionan, pero no se sabe el porqué sucede esto, pues si se desconoce la interrelación estructura-propiedades-proceso del material se puede limitar tanto la capacidad innovativa como la velocidad de generarla. Las investigaciones de Los Andes pueden clasificarse según su dominio de aplicación: infraestructura, ambiental, químicamecánica, bioingeniería y electrónica. Ejemplos de ello se desarrollan en este número de CONTACTO.

En el caso de infraestructura hay trabajos que estudian las propiedades de la guadua laminada para emplearla en construcción de vivienda y se desarrolló el woodpecker, un compuesto de cisco de café y PVC que remplaza la madera y el aluminio en zonas no estructurales de las edificaciones.

También se hacen experimentaciones en convenio con el Instituto de Desarrollo Urbano de Bogotá (IDU) para desarrollar nuevos materiales para pavimentar las calles. Uno de los estudios pretende conseguir materiales que no se erosionen con facilidad para usarlos en las bases sobre las cuales se coloca el pavimento rígido (las losas de Transmilenio, por ejemplo) y el otro busca desarrollar una mezcla asfáltica más durable empleando llantas viejas, con lo cual, de paso, se contribuye a solucionar un problema ambiental.

En el ámbito de las ingenierías química y mecánica le apuntan al estudio y desarrollo de empaques y envases activos, que no se limitan a actuar como barrera, sino que, por ejemplo, interactúan con el oxígeno para alargar la vida de los alimentos sin alterar sus propiedades y, en el futuro, podrían avisar sobre su fecha de vencimiento. En bioingeniería, por ejemplo, han experimentado con caparazones de crustáceos o insectos para proteger cultivos como el de fresa. Y en microelectrónica hacen estudios a nanoescala para desarrollar nuevos materiales que tengan posibles aplicaciones como fabricación de circuitos y otros componentes.

Una preocupación de los investigadores uniandinos se relaciona con la necesidad de sensibilizar a la industria sobre estos nuevos desarrollos, con el fin de que los acoja en sus procesos productivos y entrene a su personal para que haya una continuidad en ellos y traiga consigo una generación “natural” de innovación. Un ejemplo en el apoyo a la industria es el programa desarrollado con la multinacional siderúrgica Gerdau (Diaco en Colombia), donde se realizó una capacitación acelerada por dos años a varios de sus ingenieros (comenzaron aproximadamente 70), provenientes de diversas plantas de Latinoamérica. Los cursos, al tener temáticas tanto básicas como especializadas, han permitido una interacción de realidades de planta con una conceptualización científica, lo cual les ha dado la capacidad de observar y abordar sus materiales y procesos con una visión más integral y con un criterio más afinado a la hora de resolver problemas del día-día. Esto lleva a un crecimiento organizacional reflejado en procesos más eficientes (reduciendo costos) y en personas capaces de iniciar, continuar o liderar procesos innovadores.

De igual manera, Escobar y sus colegas están empeñados en generar un idioma común con los industriales. Así, quieren darle paso a la innovación, ya no solo con el empirismo en esas tecnologías, sino con una aproximación más rigurosa y sistemática que lleve al dominio de los materiales, a través del estudio de sus estructuras para entender sus propiedades y luego, poder crear los procesos de su producción. Su invitación es a que los industriales se pregunten, teniendo en cuenta su realidad cotidiana, cómo pueden trabajar juntos con la Universidad, su infraestructura, su gente, sus laboratorios y la experiencia mutua para desarrollar nuevos productos que sean diferenciales en el contexto colombiano y regional.

Última actualización el Miércoles, 31 Julio 2013 14:43