¿Alguna vez has abierto un frasco de loción corporal solo para descubrir un líquido acuoso en lugar de una crema espesa, o has notado que el gel para el cabello se comporta de manera diferente después de un tiempo que cuando era nuevo? La causa de estos frustrantes fenómenos a menudo radica en un fenómeno oculto conocido como la memoria mecánica de los materiales. Es decir, los materiales blandos, como geles, cremas e incluso algunos materiales de construcción, poseen una sorprendente capacidad para "recordar" los procesos por los que han pasado durante la producción. Este "recuerdo", que se manifiesta como una tensión interna residual, puede persistir mucho más tiempo de lo que se creía hasta ahora, lo que tiene consecuencias significativas para la estabilidad, durabilidad y previsibilidad de innumerables productos que utilizamos a diario.

Una investigación revolucionaria llevada a cabo en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) arroja una luz completamente nueva sobre esta problemática. La ingeniera Crystal Owens ha desarrollado un método innovador, pero sorprendentemente simple, para medir el grado de tensión residual en materiales blandos. Sus hallazgos, publicados en la prestigiosa revista científica Physical Review Letters, demuestran que productos comunes como el gel para el cabello o la espuma de afeitar retienen su memoria mecánica y tensiones internas durante semanas, e incluso meses, lo que contrasta totalmente con las suposiciones anteriores de la industria que medían este período en minutos.

La vida oculta de los materiales vítreos blandos

Las lociones para manos, los geles para el cabello, las espumas de afeitar, pero también la mayonesa, las pinturas y muchos productos farmacéuticos pertenecen a una fascinante categoría de materiales conocidos como materiales vítreos blandos. Estos materiales son híbridos únicos que exhiben simultáneamente propiedades tanto de sólidos como de líquidos. Como explica Owens, "cualquier cosa que puedas exprimir en la palma de tu mano y que forme un montículo blando puede considerarse un vidrio blando". En la ciencia de los materiales, se consideran una versión más blanda de algo que tiene una estructura molecular amorfa y no estructurada, similar al vidrio de una ventana. Pueden fluir como un líquido, pero al mismo tiempo mantener su forma como un sólido.

Es precisamente esta naturaleza dual la que los hace extremadamente útiles, pero también difíciles de entender. Después de la producción, estos materiales existen en un delicado equilibrio. El proceso de producción, que casi siempre implica algún tipo de mezcla intensa, amasado o cizallamiento, introduce energía en el material. Aunque parece que el material se "asienta" y se vuelve estable después de la mezcla, las tensiones internas permanecen atrapadas dentro de su estructura. Estas tensiones residuales representan una especie de huella o "recuerdo" de las fuerzas a las que estuvo expuesto. Con el tiempo, el material puede ceder ante estas fuerzas ocultas e intentar volver a su estado anterior más inestable, lo que resulta en la separación de fases, un cambio en la viscosidad o una pérdida total de funcionalidad.

Un método revolucionario para medir la "memoria"

La práctica estándar en industrias como la cosmética o la alimentaria es dejar reposar una muestra del producto durante aproximadamente un minuto después de mezclarlo. Hasta ahora, los fabricantes suponían que este tiempo era suficiente para que todas las tensiones residuales del proceso de producción se disiparan y el material alcanzara un estado estable y final. Sin embargo, la investigación de Crystal Owens demuestra que esta suposición era errónea.

Utilizando un instrumento de laboratorio estándar conocido como reómetro, Owens ideó un nuevo protocolo para medir con precisión estas tensiones de larga duración. Un reómetro consta de dos placas entre las cuales se coloca una muestra del material. Al rotar y presionar las placas de manera estrictamente controlada, el instrumento puede medir la resistencia interna del material, es decir, sus tensiones y deformaciones. En sus experimentos, Owens colocó muestras de gel para el cabello y espuma de afeitar en el reómetro, las mezcló simulando un proceso industrial y luego las dejó reposar durante mucho más tiempo que los 60 segundos habituales. Durante este largo período de reposo, midió continuamente la diminuta fuerza que el instrumento tenía que aplicar para mantener el material completamente inmóvil. Esa fuerza es un indicador directo de la magnitud de la tensión interna que intenta "empujar" el material y devolverlo a su estado anterior.

Los resultados fueron asombrosos. No solo los materiales retenían un nivel significativo de tensión residual durante días después de la mezcla, sino que esta tensión también era direccional. En otras palabras, el material "recordaba" la dirección en la que se había mezclado. Si se liberara esa tensión, el gel comenzaría a deformarse en la dirección opuesta a la mezcla inicial. "El material puede recordar efectivamente en qué dirección se mezcló y hace cuánto tiempo", señala Owens. "Resulta que retienen esta memoria de su pasado durante mucho, mucho más tiempo de lo que pensábamos".

De cremas más estables a carreteras más duraderas

Este descubrimiento tiene enormes implicaciones. Es una de las razones clave por las que diferentes lotes del mismo producto, producidos mediante un proceso aparentemente "idéntico", pueden comportarse de manera completamente diferente. Variaciones mínimas en la velocidad, duración o dirección de la mezcla pueden dar como resultado diferentes niveles de tensión residual, lo que conduce a una calidad y durabilidad inconsistentes del producto en el estante. Comprender y medir estas tensiones ocultas durante la producción podría permitir a los fabricantes optimizar sus procesos y diseñar productos que sean significativamente más estables y duraderos.

Además del protocolo de medición, Owens también ha desarrollado un modelo matemático que puede predecir cómo cambiará un material con el tiempo en función del nivel medido de tensión residual. Con este modelo, los científicos podrían diseñar específicamente materiales con "memoria a corto plazo" o una tensión residual muy baja, asegurando así su estabilidad a largo plazo. Esto abre la puerta a innovaciones en numerosos sectores.

Una de las áreas de aplicación más prometedoras es la industria de la construcción, concretamente la producción de asfalto. El asfalto es un material que primero se mezcla en caliente, luego se vierte y finalmente se enfría y endurece en la carretera. Owens sospecha que las tensiones residuales del proceso de mezcla de agregados y aglutinantes contribuyen significativamente a la formación de grietas en el pavimento con el tiempo. A medida que el asfalto se enfría y luego se somete a cambios de temperatura diarios y estacionales, estas tensiones internas pueden provocar la aparición de microfracturas que con el tiempo se expanden y se convierten en un problema grave. Al reducir o controlar estas tensiones iniciales en la fase de producción, podríamos obtener carreteras significativamente más resistentes y duraderas.

"Constantemente se están inventando nuevos tipos de asfalto con el objetivo de ser más respetuosos con el medio ambiente, y cada una de estas nuevas mezclas tendrá diferentes niveles de tensión residual que deberán controlarse", dice Owens. Las aplicaciones potenciales se extienden aún más, desde la optimización de pastas de impresión para la impresión 3D y el desarrollo de ungüentos farmacéuticos más estables hasta la mejora de la textura y la vida útil de productos alimenticios como el yogur o las cremas de chocolate. Comprender la memoria mecánica desbloquea un nuevo nivel de control sobre el mundo de los materiales que nos rodean.