Qué tienen que ver las flores de loto con la pintura para paredes? Más de lo que pueda parecer a simple vista. Las hojas del loto se distinguen por poseer unas diminutas partículas de cera en las que el agua resbala, llevándose la suciedad consigo. Este “efecto loto” ha inspirado diversos desarrollos industriales, desde pinturas autolavables para paredes hasta vidrio y tejas.
TENSIÓN DE ENTALLA
El ejemplo ilustra el funcionamiento de la Biónica, término que deriva de Biología y Técnica. Según el profesor Lothar Harzheim, actuar biónicamente es “descifrar los principios de la naturaleza y utilizarlos en construcciones o procesos técnicos”. Esto se -aplica también a los proyectos de construcción ligera del centro de desarrollo de Opel/Vauxhall. Allí, Harz-heim es responsable de optimización. Junto a los procesos matemáticos, la biónica es uno de los principios que más utilizan el físico y sus colegas en su día a día. “Queremos fabricar piezas que resistan, pero que también sean ligeras”.
Definir la forma ideal de los componentes del chasis es un gran desafío. Y es que ya se trate del buje de dirección o de la corona diferencial, durante la conducción las piezas sufren una considerable carga. La tarea de los optimizadores consiste en solucionar uno de los principales problemas de la mecánica aplicada: la tensión de entalla.
GRIETAS EN LA PIEZA
Las tensiones de entalla surgen en las entalladuras de las piezas mecánicas a modo de ranuras afiladas o huecos que primero agrietan la pieza y luego la rompen. El objetivo de Harzheim es reducir esas tensiones locales, y es la propia naturaleza la que le enseña cómo hacerlo; por ejemplo, con la forma de las entalladuras de árboles y huesos. “Millones de años de evolución han creado una fórmula que les permite crecer de forma óptima evitando la formación de -picos peligrosos”, dice Harzheim. “Nosotros nos preguntamos: ¿Cómo es posible que, en condiciones normales, las ramas soporten cargas de nieve y viento sin romperse?”
La respuesta es que los soportes de carga biológicos, como los árboles, reparten estas tensiones -mecánicas de forma homogénea por toda su superficie. Su sistema de crecimiento sigue el principio de almacenar material en los puntos sobrecargados y retirarlo de los infracargados. Harzheim ha analizado esta regla y la ha introducido en un software, el denominado método CAO (Computer Aided Optimization). CAO permite desarrollar virtualmente nuevas piezas en el ordenador siguiendo la regla del crecimiento paso a paso o, por así decirlo, anillo anual tras anillo anual. “Así minimizamos drásticamente la tensión, los componentes no tienen que ser tan macizos y podemos ahorrar peso”, explica.
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Nosotros nos preguntamos: ¿cómo es posible que, en condiciones normales, las ramas soporten cargas de nieve y viento sin romperse?«
Los diseños de los investigadores se emplean con éxito en la práctica. “En el actual Astra cinco puertas hemos reducido la tensión de entalla de la chapa de cierre de la cavidad de la rueda de repuesto en un 37 %”, dice Harzheim. En las piezas de metal, la regla general es que un 10% menos de tensión de entalla dobla la vida útil de un componente.
La regla del crecimiento ayuda a optimizar tanto las superficies de los componentes como su parte -interna. Aquí los ordenadores trabajan con el software SKO (Soft Kill Option). SKO está diseñado para optimizar las piezas de fundición, como los soportes de motor, en las que el interior debe estar libre de materiales superfluos, y crear un diseño adecuado. El modelo a imitar para esta fórmula de mejora son los huesos, que no solo acumulan material, sino que también lo eliminan de los puntos libres de carga con ayuda de los fagocitos.
IMITAR LA NATURALEZA
Horquilla de árbol
Ejemplo de una pieza no optimizada: como muestran las áreas marcadas en rojo, la forma en arco circular provoca elevados picos de tensión locales.
Ejemplo de una pieza optimizada diseñada por ordenador: con la forma de horquilla de árbol, la tensión es homogénea en toda la superficie.
- CORONA DIFERENCIAL
Punto crítico de rotura por fatiga
Punto crítico de rotura por fatiga
Regla de crecimiento: Reducción de la tensión en un 28 %