¿Alguna vez ha mezclado almidón de maíz y agua para formar un "oobleck"? Cuando aprieta la mezcla firmemente en el puño, forma una bola dura. Pero cuando relaja su agarre, gotea como un líquido. Es un ejemplo común de un "fluido espesante de corte", un material cuya viscosidad aumenta bajo tensión.
Algunos científicos piensan que los líquidos espesantes de cizalladura pueden ser la próxima gran novedad cuando se trata de prevención y rehabilitación de lesiones. Los materiales basados en estos fluidos tienen el potencial de ayudar a prevenir conmociones cerebrales, lesiones en el cuello y tobillos torcidos; servir como armadura protectora en entornos militares; y para crear nuevos dispositivos de rehabilitación.
En el Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU. (ARL) en Aberdeen, Maryland, Eric Wetzel ha estado estudiando fluidos de espesamiento por cizallamiento durante los últimos 15 años y posee patentes sobre varias técnicas y productos. Inicialmente estaba impregnando a Kevlar con fluidos espesantes de cizalla para hacer una armadura corporal más delgada y flexible. Ahora, ha descubierto cómo encapsular los fluidos en una correa flexible. Tire de la correa suavemente, y se expande como elástica. Tire de él rápidamente, y se pone rígido y se bloquea. Esta tecnología, que Wetzel llama "correas RAT" (por "correas activadas por frecuencia"), podría ser útil en varias áreas, desde el ejército hasta el atletismo profesional y el hogar.
"Lo que estas correas te dan la capacidad de hacer es permitir el movimiento humano a velocidades regulares, pero cuando ocurre algo realmente violento, se activan y proporcionan resistencia", dice Wetzel.
Durante los últimos años, Wetzel ha estado trabajando con la NFL para desarrollar un sistema de correas RAT para mantener los cascos en su lugar y ayudar a prevenir lesiones en la cabeza. Él y su equipo han construido una plataforma en el laboratorio para parecerse a las condiciones de un campo de juego de la NFL, y han sometido a un muñeco de prueba de choque con un casco a simulaciones repetidas de aparejos. Al usar el casco unido a su cuerpo con correas que corren por el cuello hasta la parte superior de la espalda, la aceleración máxima experimentada por la cabeza del muñeco se redujo en un 50 por ciento. Esa podría ser la diferencia entre un golpe menor y una conmoción cerebral grave.
Wetzel espera tener prototipos funcionales de los cascos atados listos en los próximos dos meses, momento en el que él y su equipo comenzarán las pruebas de usuario, inicialmente simplemente haciendo que las personas usen los cascos para informar cómo se sienten, y luego continuarán con el abordaje real. Si las pruebas son exitosas, los primeros usuarios probablemente serán atletas de secundaria en lugar de profesionales.
"Los jugadores de la NFL no usarán nada que impida la velocidad o la agilidad, aunque sea un poco", dice Wetzel. "No serán los primeros en adoptar".
Tobillera con forma de calcetín usando fluido espesante de corte (GoXStudio) Las prendas y aparatos ortopédicos que incorporan fluidos de engrosamiento por cizallamiento también pueden proteger otras partes del cuerpo, como el tobillo o la rodilla. Esto es especialmente importante para los soldados.
“Si observas las causas principales del tiempo perdido para los soldados, generalmente no es que les dispararon; lo más común en realidad es que alguien se torció una rodilla, tiró la espalda y se lastimó el cuello ”, dice Wetzel. "No es sorprendente, porque están usando 100 libras en sus espaldas, corriendo sobre terreno accidentado, a veces de noche".
Hace aproximadamente cinco años, Wetzel se reunió con investigadores de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA), que estaban interesados en tecnologías para reducir este tipo de lesiones musculoesqueléticas. Los paracaidistas tienen un riesgo especialmente alto de sufrir lesiones en el tobillo, ya que golpean el suelo a altas velocidades. El equipo de DARPA había estado trabajando en un refuerzo rígido en el tobillo para soportar el impacto. Funcionó, pero los paracaidistas no pudieron correr en él.
Por lo tanto, Wetzel desarrolló un prototipo de un aparato ortopédico utilizando fluido espesante de cizallamiento encerrado en tela. Esta fue la tecnología original de la correa RAT. Ahora, uno de los investigadores de DARPA con los que se reunió Wetzel, el teniente coronel Joe Hitt, dejó el ejército y comenzó una compañía que fabricaba aparatos ortopédicos basados en el trabajo de Wetzel.
Una de las principales causas de esguinces de tobillo es el tiempo de reacción lento que viene con fatiga o sorpresa.
"Tu tobillo comienza a girar y no te das cuenta lo suficientemente pronto", dice Wetzel. "Una tobillera realmente tiene que reducir la velocidad de rotación para darle tiempo a tu cerebro para ponerse al día".
Una abrazadera de tobillo basada en líquido de engrosamiento de corte puede moverse con el cuerpo como un calcetín de neopreno. Pero cuando el tobillo comienza a girar violentamente, el líquido se pone rígido.
En Tennessee, el propietario de negocios y veterano del ejército Russ Hubbard está convirtiendo las correas RAT de Wetzel en dispositivos para rehabilitación física. Las bandas de goma largas se usan comúnmente para el estiramiento y la resistencia en fisioterapia. Hubbard está haciendo bandas llenas de fluido espesante de corte. Cuanto más fuerte los tire, más apretados se vuelven. Y cuando lo sueltas, no hay rebote. Esto significa que es seguro para los pacientes tirar de las bandas lo más fuerte posible sin temor a ser golpeados en la cara si se caen de un extremo.
Haciendo ataduras para las bandas de rehabilitación (Jhi Scott, fotógrafo de ARL) "Con esta tecnología siempre tienes la capacidad de impulsar tu potencial máximo en ese mismo momento", dice Hubbard. "No está limitando lo que el paciente es capaz de hacer, y con suerte eso se traduce en un tiempo de recuperación más rápido".
Hubbard está trabajando con investigadores de la Universidad de Montana en un estudio de las bandas. Si tiene éxito, espera tenerlos en el mercado el próximo año.
Wetzel imagina que su tecnología de sujeción se utilizará en el camino como una especie de medio camino entre la ropa y un exoesqueleto. Las prendas hechas con correas llenas de líquido podrían soportar varias partes del cuerpo, permanecer suaves cuando el usuario está quieto o moverse lentamente, y volverse firmes y de apoyo con movimientos repentinos, como el colapso de una rodilla trucada.
El interés en los fluidos espesantes de cizalladura es "definitivamente algo que ha crecido mucho en la comunidad de investigación en los últimos cinco años más o menos", dice Eric Brown, profesor de ingeniería mecánica y ciencia de materiales en Yale.
Los científicos han estado investigando los fluidos de engrosamiento por cizallamiento durante más de 80 años, dice Brown, pero apenas comienzan a entender cómo y por qué funcionan de la manera en que lo hacen.
"Simplemente estamos mezclando agua y almidón de maíz, parecen cosas simples por sí mismos", dice Brown. "La idea de que no entendemos mucho sobre cómo funciona eso a veces es una sorpresa para la gente".
La investigación sobre la protección contra impactos utilizando fluidos de espesamiento por cizallamiento es "realmente prometedora", dice Brown. Él cree que probablemente veremos una serie de productos, como cascos de bicicleta reforzados con líquido para espesado por cizallamiento, en el mercado en los próximos años. D30, un fluido espesante de cizallamiento hecho de polímeros suspendidos en un lubricante líquido, ya se usa en artículos desde equipos de snowboard hasta fundas de teléfonos celulares.
Para aquellos de nosotros ansiosos por explorar la magia del fluido espesante de cizalladura en casa, tenga cuidado: si está pensando en llenar una piscina para niños con oobleck para "caminar sobre el agua" como los YouTubers, es más difícil de lo que parece. Brown lo sabe, lo ha hecho varias veces, solo por diversión.
"La parte más difícil es que necesitas mezclar las cosas", dice. "Tuvimos que alquilar una mezcladora de cemento de Home Depot".
