El siguiente grupo de blogs desarrolla la historia de los materiales y las estructuras y revela cómo la naturaleza podría brindar información tan completa sobre cómo fabricar productos para las próximas décadas. Todas las industrias deben hacer la transición hacia la sostenibilidad para abordar problemas complejos como el cambio climático, la contaminación y la erosión del suelo, entre otros, si queremos preservar nuestro planeta.
1. Nuestro legado
¿Cómo podemos construir el futuro en las próximas décadas? ¿Cuáles son los recursos que nos harán transitar hacia la sostenibilidad? Mientras paseamos por este sinuoso camino, hay una señal que puede abrir una fuente casi infinita de posibilidades: la forma en que la naturaleza construye sus estructuras. Desde bacterias microscópicas hasta sequoias o ballenas azules en el océano, los organismos han desarrollado una paleta diversa de patrones que pueden seguirse si deseamos alejarnos de los procesos principales que producen la mayoría de los componentes básicos de nuestro entorno construido, como el hormigón, los plásticos o combustibles fósiles. Pero antes de sumergirnos en cómo la naturaleza crea sus estructuras, es relevante revisar lo que hemos hecho hasta ahora en términos de estructuras y materiales.
Utensilios simples fueron desarrolladas por primera vez por la humanidad al menos 2.5 millones de años antes de Cristo. donde se emplearon materiales como obsidiana, hueso y madera para construir estructuras como hogares y utensilios para la caza y la cocina. Alrededor del período comprendido entre 1,7-2,0 millones de años se descubrió el fuego, convirtiéndose en uno de los mayores eventos de nuestra historia y permitiendo el desarrollo de diferentes áreas, incluida la ciencia de los materiales. La historia se desarrolla en la edad del cobre, donde los metales como el oro comenzaron a aparecer raras veces en algunos artefactos de lujo dedicados a las clases dominantes. Durante este período (12.000-3.000 a.C.) se emplearon cerámicas como la alfarería o el vidrio y los polímeros (fibras principalmente) para diferentes actividades de la sociedad. Sin embargo, el uso de altas temperaturas y presión para desarrollar algunos materiales tendría que esperar hasta edades posteriores. Además, el reconocimiento de las estructuras que componen las manufacturas fue imposible de obtener. A partir de entonces, la edad del bronce (3.000-1.200 a.C.) trajo polímeros como la cola y materiales compuestos (formados por la combinación de dos entre metales, cerámica o polímeros) como el ladrillo y el papel, además de un pequeño incremento de uso de metales como hierro y cobre, lo que permite a los ejércitos emplearlos para sus armas y conquistar territorios. Le siguió la edad del hierro (1.200 a.C.-300 d.C.), donde el acero, el nuevo tipo de vidrios y los minerales procesados eran la norma. Progresivamente, el uso de metales y aleaciones fue cobrando impulso. Durante la Edad Media, por ejemplo, las cerámicas de porcelana incluían incrustaciones de metal y cerámicas refractarias donde se empleaban para construirlas. La era industrial que se extiende desde el 1.300 hasta el 1.950 d.C. fue testigo de la mayor explosión de diferentes tipos de materiales:
• Metales: Se implementaron aceros aleados, aleaciones ligeras, aluminio, titanio y circonio entre otros, principalmente durante la revolución industrial, permitiendo la urbanización de la era moderna.
• Polímeros: El caucho, la baquelita y el nailon se utilizaron para diferentes propósitos en industrias y actividades cotidianas.
• Cerámica: ladrillos refractarios, cemento Portland y sílice fundida fueron importantes en la construcción del entorno construido moderno.
Durante esta era, los científicos de materiales fueron capaces de observar las estructuras subyacentes de diferentes materiales y comenzar a manipularlos para mejorar su desempeño. La era del silicio o la “era de la información” reunió todo este conocimiento para crear materiales compuestos y polímeros avanzados, como poliésteres y epoxis.
Hemos cruzado la historia de materiales y estructuras construidas como un satélite de alta velocidad sobre la tierra. Por supuesto, hay historias asombrosas sobre cómo pudimos construir edificios altos, aviones, teléfonos móviles, etc. Y también hay algunas reglas de guía que permitieron que nuestra tecnología llegara tan lejos, independientemente de si esas decisiones eran acertadas o incorrectas. Primero, se han utilizado presiones y temperaturas más altas para producir materiales de alto rendimiento progresivamente, aumentando así la energía empleada para producir estructuras. En segundo lugar, hemos utilizado una gran franja de elementos de la tabla periódica, algunos de los cuales son escasos o difíciles de obtener mediante prácticas duras como la minería. En tercer lugar, hemos tenido la creencia errónea de que todos los recursos son ilimitados y las manufacturas se emplean para un solo uso. En cuarto lugar, nuestras estructuras diseñadas se han creado rígidas y no suelen cambiar con el tiempo. En quinto lugar, nuestras estructuras carecen de capacidad de autocuración o renovación en la actualidad. Finalmente, nuestros materiales compuestos rara vez tienen más de tres bloques de construcción, por lo tanto, con una diversidad reducida, como se puede ver en la figura 1.
Por lo tanto, la presente y las próximas décadas empujarán los márgenes de nuestro conocimiento para la transformación y la innovación en la forma en que construimos nuestras estructuras hacia la sostenibilidad. Y es la fuerte creencia de Greenroad ® que la biomimetismo es uno de los caminos que podrían conducir a ese fin. En el próximo capítulo, los principios a través de los cuales se construyen las estructuras en la naturaleza, así como los materiales que emplea.
Figura 1: Importancia relativa de los materiales a lo largo de la historia de la humanidad. Tomado de Shah, D (2013).
Referencias
Shah,D(2013).Characterisation and optimisation of the mechanical performance of plant fibre composites for structural application. PhD University of Nottinghham.
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