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(Foco Nanowerk) Los investigadores llevan mucho tiempo intentando desarrollar materiales de camuflaje multifuncionales que puedan evadir la detección en diferentes partes del espectro electromagnético. Sin embargo, lograr un rendimiento sigiloso compatible en diferentes bandas de radar, infrarrojos y otras bandas sigue siendo un desafío importante. Los materiales y recubrimientos optimizados para la absorción del radar a menudo funcionan mal en el blindaje infrarrojo, mientras que las capas sigilosas de infrarrojos pueden no exhibir atenuación de las ondas del radar. Esta incompatibilidad se debe a los diferentes mecanismos de absorción en diferentes longitudes de onda.
El trabajo actual dirigido por investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Jiangsu demuestra un innovador diseño de material sigiloso sintonizable que permite la absorción de radar sintonizable y el encubrimiento térmico infrarrojo a partir de una única estructura de aerogel liviano. Inspirándose en la arquitectura multicapa de las hojas de las plantas, los investigadores desarrollaron un andamio biónico combinando sinérgicamente fibras de celulosa unidimensionales, láminas de MXene bidimensionales y microesferas de metal líquido.
El trabajo fue publicado en Materiales funcionales avanzados (“Aerogel jerárquico a base de metal líquido-MXene con encubrimiento compatible con radar infrarrojo”).
La configuración biomimética resultante se asemeja a la epidermis, los haces vasculares y las estructuras tilacoides que se encuentran en el follaje. Exhibe una morfología porosa jerárquica con cavidades interconectadas que se extienden desde su superficie hasta su interior. Esta compleja disposición estructural permite una excelente adaptación de impedancia y crea rutas extendidas de propagación de ondas electromagnéticas para permitir una fuerte absorción de banda ancha.
Sorprendentemente, la permitividad, la intensidad de absorción, el ancho de banda y la selectividad de la longitud de onda se pueden cambiar fácilmente simplemente ajustando la proporción de los componentes. La inmensa superficie interfacial de los componentes heterogéneos favorece fenómenos de polarización pronunciados para convertir la radiación incidente en calor.
La optimización logró pérdidas máximas por reflexión del radar de hasta 73 dB en un rango de 7 GHz con un espesor de sólo 2,77 mm, un rendimiento significativamente mejor que las soluciones furtivas existentes en el mercado. Las pruebas de durabilidad también mostraron que el material conserva un 60% de efectividad de camuflaje infrarrojo incluso después de 6 meses de exposición continua a 400°C.
Los investigadores creen que la ofuscación térmica a largo plazo se debe a una mayor resistencia a la oxidación, conferida por una capa protectora de dopamina sobre las escamas de MXene. Este recubrimiento fortalece la unión interfacial y reduce la degradación estructural a altas temperaturas. Los canales multiescala a lo largo de la morfología del aerogel biónico también favorecen la disipación de calor por convección.
Sorprendentemente, variar la arquitectura de las muestras permitió aplicaciones sigilosas tanto a macro como a microescala. Pequeños segmentos de material oscurecieron eficazmente las firmas infrarrojas de objetos que iban desde extremidades humanas hasta fuselajes enteros de aviones. Mientras tanto, las muestras mecanizadas en formas específicas proporcionaron camuflaje contra la detección visual. Por ejemplo, un panel de aerogel grabado parecía follaje cuando se colocaba en un tanque simulado.
La excelente absorción de ondas electromagnéticas demostró ser extremadamente eficaz incluso en condiciones de funcionamiento simuladas en un modelo de avión con ángulos de giro de 0 a 180 grados. Según las simulaciones, las secciones transversales del radar se redujeron en más de 50 dBm.2 en comparación con un marco equivalente sin revestimiento. Este rendimiento sigiloso personalizable sin precedentes promete permitir una nueva generación de tecnologías de defensa que ocultan radares e infrarrojos.
Dados los desafíos actuales que se interponen en el camino de los materiales sigilosos multifuncionales, esta investigación representa un avance importante. El paradigma de diseño heterogéneo bioinspirado elude las limitaciones de larga data de los enfoques existentes basados en compuestos multicapa o metamateriales sintonizados electrónicamente. Es importante destacar que la facilidad de procesamiento permite la creación rápida de prototipos iterativos para identificar configuraciones optimizadas.
Al aprovechar las sinergias entre las propiedades de los componentes, una única estructura de aerogel multipropósito logró una funcionalidad que rivalizaba con estructuras mucho más complejas. Esto mejora significativamente la preparación tecnológica para la transición de dichos materiales biomiméticos del laboratorio a las aplicaciones de defensa. Aunque las capacidades furtivas de radar e infrarrojos actualmente tienen un objetivo militar, la nueva configuración material podría eventualmente expandirse a áreas civiles.
Con un mayor desarrollo, los materiales sigilosos con constantes dieléctricas ajustables podrían asumir tareas versátiles que van desde proteger dispositivos electrónicos sensibles hasta camuflar visualmente edificios o vehículos. La optimización de la infraestructura inalámbrica comercial podría incluso conducir a mejoras en la eficiencia energética. Algunos expertos especulan que la eventual transición a redes de mayor frecuencia para 6G y más allá también podría incentivar dichos materiales diseñados con ondas de radar para mitigar los problemas de interferencia.
A corto plazo, el impacto más devastador en el campo de batalla podría provenir del sigilo infrarrojo a menor escala que permita operaciones encubiertas. Si bien las generaciones anteriores de trajes especiales resultaron voluminosas y poco prácticas, una capa de camuflaje maleable podría servir como camuflaje usado por las fuerzas especiales para evadir la visión nocturna o la detección térmica. De manera similar, los paneles montados prometen ocultar la infraestructura crítica del monitoreo del aire térmico.
Sin embargo, también se debe tener precaución cuando se trata de aplicaciones objetables de la tecnología. Los adversarios armados con tales materiales sigilosos ajustables podrían representar un riesgo sin precedentes de infiltración y engaño estratégico. Los investigadores han evitado, con razón, especular sobre el posible papel de esta tecnología en el desarrollo de armas. No obstante, el público debe ser consciente de que cualquier capacidad de sigilo significativamente más avanzada conlleva un potencial inherente de doble uso para mejorar la defensa o la agresión.
En última instancia, es posible que se requieran medidas de gobernanza para lograr un equilibrio entre equipar defensas contra la proliferación desenfrenada. Los debates internacionales en curso sobre nuevas tecnologías como la inteligencia artificial también podrían ofrecer modelos productivos para orientar los acontecimientos políticos en esta área. Y algunos precedentes de normas de gobernanza en torno a la ingeniería sigilosa han surgido en contextos como los pactos de transparencia para los sistemas de detección de submarinos.
Sin embargo, dadas las primeras etapas de adaptación de materiales sigilosos multifuncionales, una regulación inteligente parece prematura en este momento. Continuar con iteraciones técnicas rápidas puede aportar beneficios antes de tener que preocuparse por las limitaciones. A corto plazo, la diligencia debida ética y la concienciación pública sólo deberían centrarse en qué sistemas de defensa integran la tecnología para garantizar que su uso sea coherente con los valores humanitarios y el derecho internacional.
Con tantas promesas y riesgos futuros, el avance de los investigadores representa un punto de inflexión tecnológico: su aerogel sintonizable por infrarrojos y radar abre las puertas a un nuevo paradigma para la tecnología furtiva, del mismo modo que innovaciones anteriores, como el material absorbente de radar, transformaron las competiciones militares de su tiempo. El impacto potencial de la tecnología sigue siendo incierto. Pero es innegable que el avance traspasa los límites de lo que es posible en términos de capacidades sigilosas. Al superar los obstáculos de larga data para los materiales sigilosos multifuncionales, este avance bioinspirado proporciona una base para que otros grupos desarrollen más avances hacia aplicaciones prácticas de defensa.
De
Miguel
Berger
– Michael es autor de tres libros de la Royal Society of Chemistry: Nano-Society: Pushing the Boundaries of Technology, Nanotechnology: The Future is Tiny y Nanoengineering: The Skills and Tools Making Technology Invisible Copyright ©
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