La capacidad de auto reparación del daño es una propiedad fundamental de la vida orgánica. Pero, para la materia no viva, como los metales o las rocas, cualquier daño que se les haga es para siempre.

Para las cosas hechas de cosas no vivas, como los automóviles, este es uno de los riesgos laborales de la propiedad de vehículos. Las reparaciones y las piezas de repuesto se necesitan constantemente a lo largo del tiempo, lo que aumenta el costo de propiedad durante la vida útil del vehículo.

Entonces, ¿no sería genial si algunas, o incluso todas, las partes de algo como un automóvil podrían estar hechas de materiales que realmente podrían arreglarse solos?

Si bien esto puede parecer ciencia ficción completa, ¡algunos desarrollos emocionantes en materiales de auto curación podrían hacer que esto sea una realidad algún día!
¿Hay un coche que se autorecupere?
En resumen, en la actualidad, no.

Si bien hay una plétora de materiales no orgánicos de «autocuración» actualmente en desarrollo, actualmente no hay forma de reunir una amplia variedad de materiales en un solo vehículo que pueda repararse por sí mismo por completo.

Sin embargo, hay algunos desarrollos interesantes en este campo que podrían ser una señal de un futuro potencial para los autos autorreparables.

Un ejemplo es el Lamborghini Terzo Millennio Concept car. Anunciado en mayo de 2022, Lamborghini y el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) están desarrollando actualmente el Terzo Millennio Concept. Pero más sobre ese auto en particular más adelante.

¿Cómo funcionan los materiales de autoreparación?
En resumen, realmente depende del tipo de material del que está hablando.

La forma más común de hacer un material que pueda curarse a sí mismo es colocar pequeñas cápsulas de agentes curativos dentro del material. Las cápsulas se rompen cuando el material se daña, dejando escapar la sustancia que lo repara (o llena huecos y huecos).

Si bien el concepto es simple, el tamaño de las cápsulas es muy importante en este diseño, ya que el material se debilitará si son demasiado grandes (por razones obvias). Además, solo se pueden usar una vez, lo que no es bueno si es probable que el material se dañe más de una vez, como, por ejemplo, el ala de un avión.

También se están explorando otras opciones, como materiales que pueden repararse solos mediante redes vasculares, como las venas de una hoja. Cuando hay una ruptura en estos materiales microvasculares, un agente cicatrizante fluye a través de la red vascular para reparar la brecha. Bastante ordenado, pero lleva más tiempo que otras formas de arreglar algo.
Un problema con la fabricación de materiales autorreparables para la industria automotriz es que es mucho más difícil fabricar metales con estas propiedades. El metal se utiliza para fabricar muchas piezas de automóviles, pero es difícil fabricar un metal que se autorrepare debido a la estructura atómica y la naturaleza de los metales.

Dicho esto, hay algunos desarrollos interesantes con respecto al potencial del aluminio autorreparable. Pero, más sobre eso más adelante.

Debido a esto, los ingenieros de diseño a menudo se enfocan en los polímeros, en el lugar de los metales, cuando investigan en este campo.

Ahora es posible hacer un polímero inteligente que puede cambiar de color, transparencia o forma en respuesta al medio ambiente y volver a ser como era incluso si está dañado. Aún mejor, los científicos han creado polímeros inteligentes llamados «polímeros intrínsecos» que pueden repararse a sí mismos sin ayuda del exterior.

Estos polímeros intrínsecos pueden regenerarse usando enlaces químicos dinámicos dentro del propio material. Esto significa que sus enlaces químicos causan se pueden romper y volver a unir, y pueden volver a ser como eran antes de que se dañen.

Esto eventualmente podría resultar muy útil para maquinaria y automóviles.

¿Puede Lamborghini Terzo curarse a sí mismo?
Esa es básicamente la idea, sí.

El Terzo Millennio, que significa «Tercer Milenio» en italiano, podría llegar mucho antes de lo que muchos pensaban.
Stefano Domenicali, quien fue el director ejecutivo de Lamborghini de 2016 a 2020, inició el proyecto Terzo en 2016. A partir de la información disponible sobre este proyecto comprensiblemente secreto, lo que podría convertirse en el primer automóvil autorreparable del mundo podría estar listo para funcionar en 2030.

El desarrollo de este vehículo sin duda superará los límites de la ciencia y la tecnología, pero podría marcar el comienzo de una nueva era de vehículos hipersostenibles.

Uno de los elementos clave será el uso de la nanotecnología, en este caso, y más concretamente, los nanotubos de carbono. Lamborghini es actualmente líder en investigación y desarrollo de fibra de carbono, y ahora está utilizando la misma tecnología de nanotubos para fabricar autos que son fuertes, livianos y, potencialmente, podrían repararse solos.

Al intercalar nanotubos de carbono entre capas de paneles de fibra de carbono, los nanotubos que almacenan electricidad pueden calentarse y sellar microfisuras, tal como lo hacen los vasos sanguíneos en el cuerpo humano. Al enviar resina a los puntos dañados, se puede detener o disminuir más daño.

Esto tiene muchos beneficios, que incluyen fortalecer la estructura y ahorrar tiempo y dinero.

Pero eso es solo parte de la historia. El Terzo también hará un uso liberal de los supercondensadores. Estos permitirán que el automóvil se cargue más rápido y use la energía de manera más eficiente.

Al mismo tiempo, la carrocería del automóvil, que está hecha de nanotubos de carbono, almacena energía eléctrica estática. Esto hace que todo el cuerpo funcione como un montón de supercondensadores. Esto ayudará a que el automóvil sea más ligero al permitir que el almacenamiento de energía se distribuya de manera más uniforme a lo largo y ancho del vehículo.

En cuanto al motor del automóvil, es probable que la proporción de motores eléctricos ubicados directamente dentro de las ruedas. Esto le dará al auto mejor estabilidad y manejo, lo que podría rivalizar con los autos modernos de Fórmula Uno. Nuevamente, estos serán alimentados con energía de supercondensadores.

También abundan los rumores de que el automóvil no solo podrá curarse a sí mismo, sino que también se conducirá solo.

El Terzo Millennio solo conduciráse solo en una pista de carreras, pero si todo va bien, es concebible que se puedan ver ejemplos futuros en la carretera.

¿Qué necesitaría un coche autorreparable?
Por lo tanto, ya hemos detallado un ejemplo de un automóvil de autoreparación actualmente en proceso. Pero, ¿Qué otros sistemas/funciones necesitarían un auto autorreparable «verdadero»?

1. Necesitarías una forma de averiguar qué está mal

Los sensores de detección de fallas o «lesiones» probablemente serían imprescindibles. Estos pueden ser sensores activos (escaneando constantemente partes críticas) o pueden ser más pasivos. Los automóviles modernos ya cuentan con un amplio conjunto de sensores y otros sistemas para detectar fallas de manera temprana, por lo que estamos más o menos allí con este tipo de cosas.

Sin embargo, dichos sistemas solo pueden proporcionar una advertencia o poner el motor en un «modo seguro». Si también pudiera activar algún tipo de sistema de reparación, eso claramente sería de gran beneficio.

Para algunos materiales, como las espumas autorreparables, la necesidad de sensores de este tipo puede ser redundante, ya que el material simplemente se «recuperará» por sí solo sin que se le «diga» que haga algo. Probablemente se requiera un sistema de monitoreo más activo para otros sistemas, como los delicados componentes electrónicos del automóvil. Sorprendentemente, algo como esto ya está en proceso, más o menos.

Si bien es un poco esotérico con respecto a los automóviles, un ejemplo es un nuevo tipo de polímero autorreparable «delicado». Diseñado más específicamente como una futura prótesis potencial para amputados, la tecnología podría adaptarse para permitir que los automóviles «sientan» cuando se dañen y activen una función de reparación (si es necesario).

2. Sus piezas de metal tendrán que arreglarse solas

La idea de que estos podrían repararse milagrosamente por sí mismos sería una excelente noticia para cualquiera que haya abollado la carrocería de su automóvil. Pero, ¿podría ser esto posible alguna vez?

Ya hemos mencionado los nanotubos autoregenerables para el Lamborghini Terzo, pero también se están trabajando otras opciones.

Por ejemplo, los científicos están analizando cómo se podrían utilizar los recubrimientos poliméricos autoregenerables en la exploración espacial y de las profundidades marinas. En estas situaciones, un recubrimiento reduciría considerablemente los costos de mantenimiento, ya que estos lugares son difíciles de reparar.

Estos revestimientos se fabrican para entornos muy hostiles, pero si funcionan bien en estas áreas, también se pueden usar en otros lugares. Algunos de los revestimientos que se están realizando protegen contra la corrosión, mientras que otros protegen contra los rayones.

Esto también suena perfecto para el usuario promedio de automóviles.

El aumento de los costos de repintado después de la reparación o para evitar la corrosión es una de las razones de algunos altos costos de mantenimiento de automóviles. Si las mejoras en los recubrimientos poliméricos autorreparables hacen posible hacer pintura que pueda manejar pequeños rasguños y resistir la corrosión, esto podría cambiar la cantidad que los propietarios de automóviles tienen que gastar en reparaciones. Incluso algo tan simple como una pintura más resistente podría hacer que los automóviles duren más, lo que sería una buena noticia para las personas que los usan.

Todo está muy bien, pero la mayoría de los automóviles de hoy tienden a estar hechos de metal. Bueno, da la casualidad de que también hay aviones en marcha para fabricar metales autorreparables.

Como comentamos, el aluminio autorreparable puede estar con nosotros en un futuro próximo.

Los científicos de materiales en Australia han desarrollado una forma única de investigar la causa de la fatiga del metal (la razón más común de la falla del metal con el tiempo), a la que llamaron zonas libres de precipitados (PFZ). Estos son puntos débiles que se forman en las aleaciones de aluminio cuando cambian las tensiones. Comienzan como pequeñas áreas donde el material es flexible y se definirán en grietas que eventualmente se extenderán y debilitarán el material.

Para reducir esto, el equipo encontró una manera de «atrapar» partículas nuevas que se forman cuando se ejerce presión sobre la combustión de aluminio. Pudieron usar las partículas que habían atrapado para reparar los puntos débiles. Al hacer esto, ralentizaron significativamente el desarrollo de grietas en la estructura metálica.

Los investigadores dicen que al cambiar la microestructura inicial del metal de esta manera, pueden hacer que las aleaciones de aluminio sean mucho más resistentes al desgaste. La vida útil a la fatiga de las aleaciones de aluminio de alta resistencia, que se sabe que son débiles, podría aumentar hasta 25 veces.

Esta podría ser una vía para explorar también para los automóviles, si los fabricantes de automóviles tienen el corazón puesto en mantener las carcasas de los vehículos hechos de metal.

Para otras partes, como las partes mecánicas del automóvil, la fatiga del metal tiende a ser la razón número uno de las fallas mecánicas con el tiempo. Si también se pueden desarrollar técnicas de autorreparación para estas piezas, se podría mejorar la vida útil promedio de maquinaria y vehículos como los automóviles.

3. Sería genial si los neumáticos de los automóviles también pudieran repararse por sí mismos

Dejando a un lado la carrocería, otras partes de un automóvil también podrían pecar de poder curarse a si mismas. Los neumáticos autorreparables, por ejemplo, serían útiles.

Sorprendentemente, algo como esto también está actualmente en desarrollo. Investigadores de la Universidad de Harvard han fabricado una goma resistente que en realidad puede curarse a sí misma. Hicieron una cuerda molecular juntando enlaces covalentes y reversibles para hacerlo. El resultado es una goma transparente que puede curarse a sí misma al distribuir la tensión por todo el material.

La mayoría de las veces, cuando el caucho se agrieta, se debe a que se ha acumulado tensión en un punto. Esto se reduce en este caso porque la estructura molecular del caucho autorreparable distribuye la tensión a través de una red de grietas, que son grietas conectadas por fibras.

Al permitir que la tensión se distribuya de manera más uniforme a través del material, el caucho autorreparable es mucho más capaz de manejar la fuerza.

Los neumáticos fabricados con este tipo de caucho podrían soportar más estrés que los que tenemos ahora y probablemente durarían más, incluso en entornos hostiles. Algunas personas incluso han dicho que si una llanta estuviera hecha de goma que pudiera repararse sola, no necesitaría ser reemplazada de inmediato si se corta.

4. También sería útil tener alguna forma de arreglar la electrónica.

Entonces, tenemos cierto potencial para encontrar fallas y algunas opciones para la reparación automática de la carrocería y los neumáticos del automóvil, pero ¿qué pasa con otros sistemas en el vehículo?

¿Qué tal la electrónica?

Bueno, lo creas o no, también se está trabajando en esta área. Los materiales de poliamida, como ForTii 11, son el material más resistente para fabricar piezas eléctricas para automóviles. Esta poliamida de alta temperatura tiene grados ignífugos con y sin halógenos y funciona bien en condiciones adversas.

Esto hace que el producto sea menos propenso a agrietarse y lo hace más confiable en términos de envejecimiento por choque térmico.

Otros posibles incluyen un material llamado Healable, Low-Field Illuminating Optoelectronic Stretchable (HELIOS). La nueva invención es estirable, autorreparable e incluso iluminada, al mismo tiempo que es capaz de conducir electricidad.

El equipo detrás de su desarrollo comenzó fabricando un material que podía curarse a sí mismo y tenía una permitividad dieléctrica muy alta. Hicieron esto mezclando fluoroelastómeros y surfactantes de una manera especial.

Esto condujo a la creación de un material que permite que los dispositivos se enciendan con voltajes cuatro veces más bajos y se ilumine más de 20 veces más. Debido a que utiliza tan poca energía, HELIOS puede seguir funcionando durante más tiempo.

Se puede usar de forma segura en interfaces entre humanos y máquinas y se puede alimentar de forma inalámbrica. Por último, pero no menos importante, el material no se puede rasgar ni perforar porque los enlaces entre sus moléculas son reversibles y fáciles de arreglar, todas las propiedades excelentes para un sistema eléctrico potente autorreparable.

También se están realizando otros desarrollos en compuestos de metal líquido autoregenerables, que también se pueden utilizar para fabricar circuitos eléctricos blandos y reciclables. Estos compuestos no se rompen incluso cuando se perforan y se pueden estirar repetidamente sin perder su conductividad eléctrica.

Otra alternativa, por supuesto, es prescindir por completo de cables fijos para los componentes eléctricos del coche mediante el uso de dispositivos como circuitos fotoeléctricos.

5. ¿Qué hay de la batería?

Con el aumento de la popularidad de los coches eléctricos, la necesidad de baterías de larga duración y potencialmente ilimitadas o autoregenerables sería un avance muy bienvenido. ¿Pero hay opciones?

Da la casualidad de que sí, los hay.

Una opción podría ser combinar moléculas orgánicas con máquinas. Llamadas biobaterías, estas piezas innovadoras del equipo imitan cómo las células vivas generan electricidad para producir suministros de energía duraderos y, en teoría, interminables.

¿El secreto? glucosa. Esta es una de las fuentes de energía más comunes utilizadas por los seres vivos. Cuando las enzimas en la célula se descomponen la glucosa, el proceso también libera electrones que pueden usarse para alimentar dispositivos.

«Una bacteria fotosintética genera alimentos orgánicos que se utiliza como nutriente para las otras células bacterianas que se encuentran debajo. En la parte inferior están las bacterias productoras de electricidad, y las bacterias intermedias generan algunas sustancias químicas para mejorar la transferencia de electrones», explica Seokheun Choi, profesor. en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas Thomas J. Watson de la Universidad de Binghamton, quien dirigió el equipo de investigación.

Si bien este tipo de baterías actualmente solo producen una pequeña cantidad de energía, los futuros desarrollos y escalas podrían producir baterías autoregenerables, duraderas y de base orgánica para los automóviles del futuro.

Aparte de eso, actualmente se están desarrollando muchos tipos nuevos de baterías que, aunque no se autorreparan, podrían durar mucho más que las baterías actuales de iones de litio o ácido.

6. Pero, ¿y el parabrisas?

Estupendo, así que hemos solucionado la localización de averías, el sistema eléctrico, la carrocería, los neumáticos y la batería. Pero, ¿Qué pasa con otra parte frecuentemente rota o dañada en los automóviles? ¿las ventanas?

Bueno, podría haber algo de esperanza aquí también.

Los científicos de materiales están trabajando en lo que se ha denominado el «material de autorreparación más resistente del mundo» y podría usarse como reemplazo del vidrio tradicional.

Investigadores del Instituto Indio de Educación e Investigación Científica (IISER) desarrollaron el material utilizando un material orgánico piezoeléctrico, que convierte la energía mecánica en energía eléctrica y viceversa, para hacer cristales en forma de aguja de menos de 2 mm de largo y 0,2 mm de ancho.

Debido a la disposición de las moléculas en cristales especialmente fabricados, existe una fuerte fuerza de atracción entre las dos superficies. Cada vez que se produce una grieta, las piezas se vuelven a unir por sí solas, sin necesidad de calor u otras fuerzas externas que necesitarían la mayoría de los materiales de autoreparación.

Según el investigador principal, el profesor Chilla Malla Reddy de IISER, «nuestro material de autoreparación es 10 veces más duro que otros y tiene una estructura cristalina interna bien ordenada que se ve favorecida en la mayoría de las aplicaciones electrónicas y ópticas».

“Puedo imaginar aplicaciones para un dispositivo cotidiano”, agregó Bhanu Bhushan Khatua, miembro del equipo de IIT Kharagpur. «Tales materiales podrían usarse para pantallas de teléfonos móviles que se repararán solas si se caen y desarrollan grietas», dijo.

Si bien actualmente está dirigido al mercado de dispositivos inteligentes, hay pocas razones por las que una técnica similar no pueda algún día crear ventanas para usar en automóviles. Quién sabe, los parabrisas y las ventanas de los futuros automóviles también podrían volverse más interactivos (dejando de lado los problemas de seguridad).

Y eso, aspirantes a autos que se reparan solos, es lo que les toca hoy.

Todavía no hay autos que se reparan solos en el mercado, pero la investigación sobre los materiales que se reparan solos mejora cada año.

En las próximas décadas, puede haber autos que nunca se rayen o que puedan reparar su daño. Aunque todavía se está trabajando en la tecnología, los científicos e ingenieros en el campo de los materiales están, en cierto sentido, haciendo realidad la ciencia ficción.

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