04/04/2011 - Desarrollan nuevos materiales a partir de simetrías ocultas en la naturaleza

Menéame

Ingenieros e investigadores de la Penn State University han descubierto nuevos tipos de simetrías en la estructura de los elementos presentes en la naturaleza, que ampliarían en gran medida las posibilidades de diseñar nuevos materiales avanzados. El descubrimiento incluye una nueva forma de entender la estructura de las proteínas, los polímeros y los minerales, por ejemplo, abriendo un nuevo campo para su aplicación en materiales de ingeniería. Por Pablo Javier Piacente.

Las aplicaciones alcanzarían a dispositivos de ultrasonido de última generación

Las simetrías presentes en la naturaleza parecen seguir guardando secretos, pero un grupo de ingenieros de la Penn State University de Estados Unidos ha logrado descifrar algunos de ellos. La nueva información, referente al comportamiento de los polímeros, los minerales o las proteínas, resultará de vital importancia para el desarrollo de materiales avanzados de última generación, y podrá aplicarse a áreas como la informática o los dispositivos de ultrasonido, por ejemplo.

Este avance ha sido publicado en un artículo de la revista especializada Nature Materials, y se ha difundido además a través de una nota de prensa de la Penn State University. Se espera que la investigación tenga un gran impacto en distintas disciplinas, como la física, la química, la biología y la ingeniería.

Antes de la presente investigación, los científicos e ingenieros conocían cinco tipos distintos de simetrías utilizadas para comprender las estructuras de los materiales naturales. Cuatro de estos enfoques se conocían desde hace mucho tiempo, mientras que un quinto tipo de simetría, la denominada inversión del tiempo, fue descubierta hace 60 años.

Ahora, un grupo de especialistas conducido por Venkatraman Gopalan y Daniel B. Litvin, de la Penn State University, ha logrado añadir una nueva simetría. Este sexto enfoque ha permitido que el número de formas conocidas con las que se combinan los componentes simétricamente haya aumentado de 1.651 a más de 17.800 formas.

Simetrías ocultas

Según Gopalan y Litvin, el descubrimiento se sustenta en una nueva estructura matemática, que permite combinar las cinco simetrías anteriores con este último enfoque, logrando que los materiales cristalinos presenten un número mucho mayor de formas en sus agrupamientos simétricos.

La nueva simetría de rotación-inversión enriquece el lenguaje matemático que los investigadores emplean para describir la estructura de un material cristalino y predecir sus propiedades. Se trata de un enfoque totalmente nuevo, que actúa sobre un elemento estático de la estructura del material y no en la totalidad de la estructura desde un primer momento.

¿Cuál es el valor de este descubrimiento en el campo del desarrollo de nuevos materiales avanzados? Todavía resulta incalculable, ya que los agrupamientos simétricos en los materiales revisten una gran trascendencia, teniendo en cuenta que la simetría dicta todas las leyes naturales que actúan sobre el universo físico conocido.

El hallazgo se produjo cuando Gopalan reconoció que el simple concepto de invertir el sentido en el cual gira naturalmente una estructura en forma de espiral abría la puerta hacia un nuevo tipo de simetría. Así, de la misma manera que una forma cuadrada tiene la propiedad de alcanzar la simetría de rotación incluso cuando no está rotando, Gopalan descubrió que la forma de espiral mantiene la simetría de rotación-inversión a pesar de no estar físicamente obligada a girar en la dirección contraria.

Aplicaciones de gran importancia

Más allá de este concepto de rotación-inversión, el trabajo reveló simetrías estructurales que antes no habían sido reconocidas en los materiales que contienen diversos tipos de estructuras orientadas direccionalmente. Es el caso de importantes moléculas biológicas, como por ejemplo el ADN, los azúcares y las proteínas.

En consecuencia, se reconoció que diversas estructuras de inclinación octaédrica son comunes en una amplia variedad de materiales cristalinos, en los que los diversos componentes están estrechamente interconectados por redes de átomos compartidas. Los investigadores creen que los componentes de los materiales con simetría de rotación-inversión podrían utilizarse para una amplia variedad de nuevas aplicaciones.

A falta de cuatro meses para su celebración, el Salón Internacional del Agua, del Riego y del Medio Ambiente mantiene un elevado ritmo de contratación y alcanza ya el 100% de ocupación en los pabellones 3, 4 y 5, una evolución que confirma el interés empresarial por participar en una de las principales citas profesionales del sector hídrico. La respuesta...

La localidad riojana de Ezcaray es escenario de una de las citas tecnológicas de este otoño no solo en La Rioja sino en todo el Valle del Ebro: el II Ezcaray Tech for Future, un congreso que pretende ser un punto de encuentro entre tecnología, innovación, empresas e instituciones para generar nuevas oportunidades desde el medio rural. Durante la inauguración...

El Colegio Oficial de Ingeniería Industrial de Bizkaia (COIIB) ha anunciado una nueva edición de ATENEA Talento Industrial (ATENEA T), una iniciativa que busca mejorar las oportunidades profesionales de las mujeres con formación en ingeniería y otras disciplinas técnicas. El programa pretende acercar a las participantes a las empresas industriales y tecnológicas de Bizkaia, al tiempo que ayuda a las...

La Universitat Politècnica de València (UPV), a través de su área de emprendimiento IDEAS, ha anunciado DeepBridge – UPV TechTransfer Challenge, una actividad de dos jornadas concebida para aplicar tecnologías desarrolladas en la universidad a desafíos planteados por empresas. El encuentro se celebrará los días 28 y 29 de octubre de 2026. La iniciativa propone un entorno de trabajo colaborativo...

Una investigación publicada el 14 de octubre de 2026 en Nature Communications estudia las diferencias de reactividad entre olivinos que contienen calcio y magnesio durante la mineralización del dióxido de carbono. El trabajo ofrece una explicación mecanística útil para estudiar el almacenamiento de CO₂ mediante formación de carbonatos estables. Qué analizaron los investigadores El equipo examinó el papel de los...