Equipo internacional desarrolla metamaterial con varillas helicoidales que almacena hasta 160 veces más energía elástica

Un equipo internacional coordinado por el KIT (Karlsruhe Institute of Technology) ha desarrollado metamateriales que logran alta densidad de energía elástica gracias a varillas altamente retorcidas que se deforman de forma helicoidal.

• Varillas helicoidales = alta capacidad de almacenar energía.
• Material artificial con estructura inteligente.
• Energía elástica 2 a 160 veces más que otros metamateriales.
• Ideal para robótica, amortiguación, maquinaria eficiente.
• Compatible con estructuras sostenibles.

Metamateriales: varillas fuertemente retorcidas almacenan grandes cantidades de energía

Un equipo internacional liderado por el Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) ha desarrollado metamateriales mecánicos con una densidad de energía elástica muy elevada. La clave está en varillas altamente torsionadas, cuya deformación helicoidal permite que estos materiales absorban y liberen grandes cantidades de energía sin dañarse. Mediante experimentos de compresión, se confirmó el comportamiento teórico anticipado.

Almacenamiento mecánico de energía: una necesidad transversal

Muchas tecnologías actuales requieren almacenamiento temporal de energía mecánica. Desde amortiguadores, resortes, hasta estructuras flexibles en robótica o maquinaria eficiente, el reto ha sido siempre maximizar la entalpía recuperable del material, es decir, la cantidad de energía por volumen que se puede almacenar y luego liberar sin pérdida ni daño estructural. El profesor Peter Gumbsch del KIT señala que esto exige un equilibrio difícil entre rigidez, resistencia y deformación recuperable.

Diseño inteligente: varillas helicoidales en estructuras metamateriales

Los metamateriales son materiales artificiales diseñados a partir de unidades elementales para obtener propiedades mecánicas superiores a las de los materiales naturales. En este caso, el equipo del KIT y colaboradores de China y Estados Unidos descubrieron cómo una simple varilla redonda puede almacenar gran energía elástica al ser torsionada, sin romperse ni deformarse de forma permanente.

A diferencia de un resorte que se deforma por flexión —limitado por tensiones máximas en las superficies superior e inferior— una varilla sometida a torsión distribuye las tensiones más eficientemente, concentrando esfuerzos en la superficie y minimizando los esfuerzos internos. Este fenómeno permite lograr una deformación helicoidal compleja que mejora la capacidad de almacenar energía.

Hasta 160 veces más entalpía que otros metamateriales

Integrando estas varillas helicoidales en un metamaterial, los investigadores lograron una estructura que soporta cargas uniaxiales con gran rigidez y energía recuperable. Las simulaciones predijeron con precisión este comportamiento, luego validado por pruebas de compresión en estructuras con geometría quiral reflejada. El resultado: una entalpía entre 2 y 160 veces mayor que la observada en otros metamateriales existentes.

Aplicaciones potenciales: eficiencia y sostenibilidad

Las posibles aplicaciones de este nuevo tipo de metamaterial son múltiples: amortiguadores, almacenamiento de energía basado en resortes, sistemas de absorción de impactos, estructuras flexibles para robótica y maquinaria de bajo consumo energético. Incluso se podrían emplear las torsiones internas como articulaciones completamente elásticas sin partes móviles tradicionales.

Potencial de esta tecnología

Este avance tecnológico tiene un alto potencial para contribuir a la sostenibilidad global. Gracias a su alta eficiencia energética, larga vida útil y capacidad de reciclaje estructural, estos metamateriales podrían reemplazar materiales menos eficientes en sectores clave. Además:

• Reducen el peso y consumo energético en sistemas móviles como robots o vehículos eléctricos.
• Permiten almacenar energía mecánica sin pérdidas ni desgaste, útil en tecnologías limpias.
• Favorecen el diseño de maquinaria más eficiente y duradera, reduciendo el mantenimiento y el desperdicio.

La ingeniería de materiales sigue siendo una herramienta clave para enfrentar los desafíos ecológicos actuales, y este tipo de innovación abre una puerta concreta hacia un uso más inteligente y eficiente de los recursos.

Vía www.kit.edu

Más información: Xin Fang, Dianlong Yu, Jihong Wen, Yifan Dai, Matthew R. Begley, Huajian Gao & Peter Gumbsch: Large recoverable elastic energy in chiral metamaterials via twist buckling. Nature, 2025. DOI: 10.1038/s41586-025-08658-z