Científicos suizos diseñan elastómeros granulares imprimibles en 3D que frenan grietas y soportan esfuerzos repetidos.
- 🧪 Polímero elástico de nueva generación.
- 🖨️ Impresión 3D con propiedades avanzadas.
- 💪 Hasta 15 veces más resistencia a la fractura.
- 🔄 Hasta 3 veces más durabilidad frente a esfuerzos repetidos.
- 🤖 Aplicaciones en robots blandos, electrónica y biomedicina.
- ♻️ Objetivo final: materiales reciclados y biodegradables.
Un nuevo elastómero imprimible en 3D rompe una de las grandes barreras de la ciencia de materiales: hasta 15 veces más resistente sin perder flexibilidad
Durante años, los investigadores han perseguido una combinación muy difícil de conseguir: desarrollar materiales elásticos capaces de soportar impactos intensos y millones de ciclos de deformación sin deteriorarse. Lo habitual era tener que elegir entre una gran resistencia a la rotura o una larga vida útil frente al desgaste. Ahora, un equipo de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) ha demostrado que esa limitación podría dejar de ser un obstáculo.
Su trabajo, publicado en Science Advances, presenta una nueva generación de elastómeros granulares de doble red (DNGEs), un material diseñado inicialmente para facilitar la impresión 3D, pero que ha terminado mostrando unas propiedades mecánicas muy superiores a las esperadas.
Una arquitectura interna que cambia completamente el comportamiento del material
Los investigadores habían desarrollado estos materiales en 2024 como una especie de «tinta» para impresión 3D. Su estructura está formada por micropartículas de elastómero unidas mediante una segunda red de elastómero mucho más blanda.
A simple vista parece un único material, aunque en realidad funciona como dos estructuras cooperando entre sí.
Cuando el material se estira, se comprime o recibe un impacto, ambas redes comparten las tensiones mecánicas. Esa distribución inteligente evita que una única zona soporte toda la carga, reduciendo enormemente el riesgo de fallo.
El resultado es un comportamiento poco habitual: el material continúa siendo muy flexible, aunque al mismo tiempo resiste esfuerzos que normalmente provocarían grietas o roturas en otros elastómeros utilizados actualmente.
Hasta quince veces más resistente a la fractura
Las pruebas realizadas por el laboratorio muestran cifras especialmente llamativas.
Los DNGEs optimizados alcanzaron una tenacidad frente a fractura hasta 15 veces superior respecto a elastómeros comparables y una resistencia a la fatiga hasta tres veces mayor.
La diferencia no está únicamente en la resistencia inicial. Lo realmente importante es que mantienen esas propiedades después de soportar deformaciones repetidas durante largos periodos de tiempo.
En aplicaciones reales esto significa menos sustituciones, menos averías y una vida útil considerablemente mayor.
Cómo consigue absorber tanta energía
Una de las claves del descubrimiento está en la forma en la que el material gestiona la energía.
En muchos polímeros tradicionales, cuando la tensión aumenta demasiado, las cadenas moleculares terminan rompiéndose. Esa rotura es irreversible y acaba generando grietas que crecen hasta provocar el fallo completo de la pieza.
En este nuevo diseño ocurre algo distinto.
Las zonas blandas situadas entre las micropartículas permiten que las cadenas de polímero se deslicen, se reorganicen y disipen la energía una y otra vez antes de llegar a romperse. Es un mecanismo parecido al funcionamiento de algunos materiales naturales, capaces de deformarse repetidamente sin perder sus propiedades.
Ese fenómeno reduce el daño acumulado y aumenta de forma muy significativa la duración del componente.
Una forma inteligente de frenar las grietas
Las grietas suelen avanzar siguiendo el camino más corto posible.
En los nuevos elastómeros sucede justo lo contrario.
La estructura granular obliga a las grietas a recorrer trayectorias irregulares alrededor de las micropartículas, haciendo que el avance sea mucho más lento y requiera una cantidad mayor de energía.
Ese recorrido sinuoso retrasa la propagación del daño y permite que el material continúe funcionando incluso después de sufrir deformaciones importantes.
En ingeniería de materiales, controlar la trayectoria de las grietas es una estrategia muy buscada porque aumenta la seguridad sin necesidad de añadir más cantidad de material.
Impresión 3D con prestaciones mucho más ambiciosas
La fabricación aditiva está evolucionando rápidamente desde la creación de simples prototipos hacia la producción de piezas funcionales.
Sin embargo, muchos elastómeros imprimibles siguen teniendo limitaciones importantes cuando deben trabajar durante meses o años sometidos a movimientos constantes.
Este avance abre la puerta a fabricar componentes con geometrías complejas que mantengan unas propiedades mecánicas elevadas durante mucho más tiempo.
Eso podría facilitar el desarrollo de nuevas generaciones de:
- Robots blandos para asistencia médica o exploración.
- Prótesis flexibles adaptadas al movimiento humano.
- Dispositivos biomédicos sometidos a deformaciones continuas.
- Electrónica flexible para ropa inteligente y sensores portátiles.
- Juntas, amortiguadores y elementos antivibración personalizados mediante impresión 3D.
Además, al poder fabricarse mediante impresoras 3D comerciales, la tecnología resulta mucho más accesible para universidades, centros tecnológicos y pequeñas empresas que desarrollan nuevos productos.
El siguiente reto: hacerlos también más sostenibles
El rendimiento mecánico ya ha quedado demostrado. Ahora el equipo trabaja en otra cuestión igual de importante: reducir el impacto ambiental del material.
Entre las líneas de investigación se encuentra el uso de elastómeros biodegradables, polímeros obtenidos a partir de materias primas recicladas y formulaciones que permitan mantener las prestaciones sin depender exclusivamente de recursos fósiles.
Esta tendencia coincide con una evolución cada vez más visible en la ciencia de materiales. Numerosos grupos de investigación están desarrollando polímeros de origen biológico, resinas parcialmente recicladas y sistemas diseñados para facilitar la reparación o el reciclaje al final de su vida útil.
Si estas estrategias llegan a combinarse con materiales tan resistentes como los DNGEs, podrían reducirse tanto el consumo de materias primas como la cantidad de residuos generados por componentes que hoy necesitan ser sustituidos con frecuencia.
Más allá de la impresión 3D: una nueva forma de diseñar materiales
Quizá el descubrimiento más importante no sea el propio material, sino el principio de diseño que demuestra.
La investigación pone de manifiesto que la arquitectura interna puede ser tan determinante como la composición química. En lugar de buscar polímeros completamente nuevos, es posible reorganizar materiales ya conocidos para obtener prestaciones muy superiores.
Este enfoque recuerda a muchas estructuras presentes en la naturaleza, donde diferentes capas o componentes cooperan para repartir las tensiones y evitar fallos catastróficos. Huesos, tendones o cartílagos funcionan siguiendo principios similares, aunque mediante mecanismos biológicos mucho más complejos.
Cada vez más laboratorios trabajan precisamente en esta dirección: diseñar materiales inspirados en sistemas naturales capaces de ofrecer mayor resistencia utilizando menos recursos.
Potencial
La evolución de los elastómeros granulares de doble red demuestra que la innovación en materiales puede convertirse en una herramienta muy valiosa para avanzar hacia una economía más eficiente en el uso de recursos.
Componentes capaces de durar más tiempo significan menos reemplazos, menor demanda de materias primas y una reducción gradual de residuos industriales. Si, además, estos materiales llegan a fabricarse con materias recicladas o de origen biológico, podrían contribuir a acelerar la transición hacia una industria más circular.
En sectores como la robótica, la salud, la electrónica flexible o la fabricación personalizada mediante impresión 3D, disponer de materiales que combinen resistencia, flexibilidad y sostenibilidad permitiría diseñar productos más fiables y con una huella ambiental menor. Es un avance silencioso, de esos que no suelen ocupar titulares durante mucho tiempo, aunque pueden acabar transformando la forma en que se fabrican miles de objetos cotidianos.
Vía EPFL
Más información: Baur, E., Kolinski, J. M., & Amstad, E. Fatigue-resistant and tough double network granular elastomers. Science Advances (2026). 10.1126/sciadv.aec3482
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