Skip to content

Cómo funciona la armadura líquida

Cómo funciona la armadura líquida

Líquido espesante de corte

Fluido espesante de corte utilizado para refuerzos líquidos

Foto del sargento Lorie Jewell / cortesía del ejército de EE. UU.

El término “chaleco antibalas para líquidos” puede resultar un poco engañoso. Para algunas personas, esto evoca la idea de mover un fluido intercalado entre dos capas de material sólido. Sin embargo, los dos tipos de blindaje líquido en desarrollo funcionan sin una capa líquida visible. En su lugar, utilizan Kevlar, que se ha sumergido en uno de los dos fluidos.

El primero es un archivo líquido espesante (FTS), que se comporta como un sólido cuando encuentra tensión mecánica o Cortar. En otras palabras, se mueve como un líquido hasta que un objeto lo golpea o lo sacude con fuerza. Luego se endurece en unos milisegundos. Es lo opuesto a un fluido de desbaste de corte, como la tinta, que se vuelve más fina cuando se agita o se revuelve.

Publicidad

Puede ver cómo se ve el líquido espesante cuando se corta mirando una solución con partes casi iguales de maicena y agua. Si lo mueve lentamente, la sustancia se mueve como un líquido. Pero si lo tocas, su superficie se solidifica de repente. También puede darle forma de bola, pero cuando deja de aplicar presión, la bola colapsa.

Vea cómo funciona el proceso. El fluido es un coloide, que consiste en pequeñas partículas suspendidas en un líquido. Las partículas se repelen ligeramente, de modo que flotan fácilmente por todo el líquido sin aglomerarse ni asentarse en el fondo. Pero la energía de un impacto repentino supera las fuerzas repulsivas entre las partículas: se unen formando masas llamadas hidroclústeres. A medida que la energía del impacto se disipa, las partículas comienzan a repeler nuevamente. Los hidrogrupos se desintegran y la sustancia aparentemente sólida se vuelve líquida nuevamente.

Antes del impacto, las partículas de fluido de espesamiento por cizallamiento están en un estado de equilibrio.  Después del impacto, se agrupan formando estructuras sólidas.
Antes del impacto, las partículas de fluido de espesamiento por cizallamiento están en un estado de equilibrio. Después del impacto, se agrupan formando estructuras sólidas.

El fluido utilizado en la armadura se compone de sílice partículas suspendidas en polietilenglicol. La sílice es un componente de la arena y el cuarzo, y el polietilenglicol es un polímero comúnmente utilizado en laxantes y lubricantes. Dado que las partículas de sílice tienen solo unos pocos nanómetros de diámetro, muchos informes describen este fluido como una forma de nanotecnología.

Para hacer una armadura líquida usando un líquido espesante, los investigadores primero diluyeron el líquido en etanol. Saturan el Kevlar con el líquido diluido y lo colocan en el horno para evaporar el etanol. El STF luego impregna el Kevlar y los alambres de Kevlar mantienen el líquido lleno de partículas en su lugar. Cuando un objeto golpea o golpea el Kevlar, el líquido se endurece inmediatamente, lo que lo hace más fuerte. El proceso de endurecimiento tiene lugar en unos pocos milisegundos y la textura vuelve a ser flexible después.

En las pruebas de laboratorio, el Kevlar tratado con FTS es tan flexible como el Kevlar normal o puro. La diferencia es que es más fuerte, por lo que la armadura que usa STF requiere menos capas de material. Cuatro capas de KFlar tratadas con STF pueden disipar la misma cantidad de energía que 14 capas de Kevlar puro. Además, las fibras tratadas con FTS no se estiran con el impacto tanto como las fibras normales, lo que significa que las balas no penetran tan profundamente en la armadura de una persona o en los tejidos subyacentes. Los investigadores teorizan que esto se debe a que la pelota consume más energía para estirar las fibras tratadas con FTS.

Tratamiento con kevlar tras impacto de bala
Tratamiento con kevlar tras impacto de bala

Foto cortesía del Sargento / Fotógrafo del Ejército de EE. UU. Lorie Jewell

Los chalecos antibalas basados ​​en STF se están investigando en el Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU. Y en la Universidad de Delaware. Mientras tanto, los investigadores del MIT están buscando un fluido diferente para usar en armaduras corporales. A continuación, veremos su investigación.

Publicidad

Fluido magnetorológico

Cuando se expone a un campo magnético, las partículas del fluido magnetorológico se alinean a lo largo de las líneas del campo.
Cuando se expone a un campo magnético, las partículas del fluido magnetorológico se alinean a lo largo de las líneas del campo.

El otro fluido que puede fortalecer la armadura de Kevlar es fluido magnetorológico (MR). Los fluidos de RM son aceites que están llenos de el hierro partículas. Los surfactantes a menudo envuelven las partículas para protegerlas y mantenerlas suspendidas en el fluido. Las partículas de hierro suelen constituir entre el 20 y el 40 por ciento del volumen del fluido.

Las partículas son diminutas y miden entre 3 y 10 micrones. Sin embargo, tienen un efecto poderoso sobre la consistencia del líquido. Cuando se exponen a un campo magnético, las partículas se alinean, espesando significativamente el fluido. El término “magnetorológico” se deriva de este efecto. La reología es una rama de la mecánica que se centra en la relación entre la resistencia y cómo un material cambia de forma. La fuerza del magnetismo puede cambiar la forma y la viscosidad de los fluidos de resonancia magnética.

Publicidad

El proceso de endurecimiento tarda unos veinte milisegundos. El efecto puede variar ampliamente, dependiendo de la composición del fluido y del tamaño, forma y fuerza del campo magnético. Por ejemplo, los investigadores del MIT comenzaron con partículas esféricas de hierro, que pueden deslizarse unas sobre otras incluso en presencia del campo magnético. Esto limita la dureza de la armadura, por lo que los investigadores están buscando otras formas de partículas que puedan ser más efectivas.

Al igual que con el FTS, puede ver la apariencia de los fluidos de resonancia magnética utilizando elementos normales. Las limaduras de hierro mezcladas con aceite crean un buen rendimiento. En ausencia de un campo magnético, el fluido se mueve con facilidad. Pero la influencia de un imán puede hacer que el líquido se vuelva más denso o adopte una forma diferente a la de su recipiente. A veces, la diferencia es visualmente muy dramática, con el fluido formando picos, valles y otras formas distintas. Los artistas incluso utilizaron imanes y fluidos de resonancia magnética o ferrofluidos similares para crear obras de arte.

Con la combinación correcta de densidad, forma de partícula y fuerza de campo, el fluido MR puede pasar de líquido a sólido muy espeso. Al igual que con el fluido de corte espesante, este cambio puede aumentar en gran medida la resistencia de una pieza de armadura. El truco consiste en activar el cambio de estado del fluido. Dado que los imanes lo suficientemente grandes como para afectar a todo un traje serían pesados ​​y difíciles de transportar, los investigadores proponen la creación de pequeños circuitos que atraviesan la armadura.

Fluido magnetorológico antes y después de la exposición a un campo magnético.
Fluido magnetorológico antes y después de la exposición a un campo magnético.

Sin la corriente fluyendo a través de los cables, el tejido permanecería suave y flexible. Pero al cambiar el interruptor, los electrones comenzarían a moverse a través de los circuitos, creando un campo magnético en el proceso. Este campo haría que la armadura se endureciera y endureciera instantáneamente. Devolver la llave a la posición de apagado cortará la cadena y la armadura volverá a ser flexible.

Además de hacer las texturas más fuertes, más ligeras y más flexibles, los tejidos tratados con espesamiento por cizallamiento y fluidos magnetorológicos también pueden tener otros usos. Por ejemplo, estos materiales pueden crear mantas para bombas que son fáciles de plegar y transportar e incluso pueden proteger a los espectadores de explosiones y metralla. Las botas de tacón tratadas pueden endurecerse con el impacto o cuando se activan, protegiendo las botas de paracaidista. Los uniformes de los guardias de la prisión pueden hacer un uso intensivo de la tecnología de armadura líquida, especialmente porque los guardias de armas tienen más probabilidades de encontrar objetos contundentes y espadas caseras.

Sin embargo, las tecnologías tienen algunas ventajas y desventajas. Aquí hay una descripción general:

Cómo funciona la armadura líquida

Ningún tipo de armadura está lista para usarse en el campo de batalla. La armadura de Kevlar tratada con FTS puede estar disponible a finales de 2007 [Source: Business Week]. El líquido de la resonancia magnética puede tardar otros 5 a 10 años en desarrollarse antes de que pueda detener constantemente los proyectiles. [Source: Science Central]. Consulte los enlaces en la página siguiente para obtener más información sobre tecnología militar, armaduras corporales y temas relacionados.

Publicidad

La armadura de cuerpo antigua tiene mucho en común con la armadura de cuerpo moderna.  Ambos ofrecen protección contra las armas, pero son pesados, voluminosos e inflexibles.
La armadura de cuerpo antigua tiene mucho en común con la armadura de cuerpo moderna. Ambos ofrecen protección contra las armas, pero son pesados, voluminosos e inflexibles.

La idea básica de la armadura corporal no ha cambiado mucho en los últimos miles de años. Primero, la armadura evita que las armas o las balas lleguen al cuerpo de una persona. En segundo lugar, distribuye la energía del arma para que el impacto final cause menos daño. Si bien la armadura no es eficaz en todas las situaciones, a menudo puede ayudar a proteger a las personas de lesiones graves o la muerte, especialmente contra las armas adecuadas.

A lo largo de los años, la gente ha tenido que desarrollar armaduras más fuertes y avanzadas para protegerse de armas cada vez más sofisticadas. Sin embargo, a pesar de estas mejoras, la armadura corporal moderna todavía tiene los mismos defectos que las antiguas formas de armadura. Ya sea que esté hecha de placas de metal o capas de tela, la armadura suele ser pesada y voluminosa. Muchos tipos son rígidos, por lo que no se pueden usar en brazos, piernas y cuello. Por esta razón, la armadura de placas medieval tenía espacios y articulaciones para permitir que las personas se movieran, y la armadura que se usa hoy protege solo la cabeza y el torso.

Publicidad

Sin embargo, uno de los nuevos tipos de chalecos antibalas es flexible y ligero. Curiosamente, esta mejora proviene de la adición de líquido a los materiales de refuerzo existentes. Aunque aún no está listo para el combate, la investigación de laboratorio sugiere que la armadura líquida tiene el potencial de reemplazar o complementar los chalecos más grandes. Eventualmente, soldados, policías y otros pueden usarlo para proteger sus brazos y piernas.

Los dos tipos principales de armadura líquida actualmente en desarrollo comienzan con una base de DuPont Kevlar, comúnmente utilizado en chalecos antibalas. Cuando una bala o una astilla golpea un chaleco de Kevlar, las capas de material distribuyen el impacto sobre un área grande. La pelota también estira las fibras de kevlar, desperdiciando energía y ralentizando el proceso. El concepto es similar a lo que sucede cuando el airbag de un automóvil propaga el impacto y ralentiza el movimiento del torso de una persona en caso de accidente.

Este contenido no es compatible con este dispositivo.

Aunque el Kevlar es una tela, la armadura de Kevlar no se mueve ni se enrosca como la ropa. Se necesitan de 20 a 40 capas de Kevlar para detener una bala, y esta pila de capas es relativamente rígida. También es pesado: un chaleco grueso solo pesa más de 4.5 libras, incluso sin las inserciones de cerámica para una protección adicional.

Sin embargo, dos fluidos diferentes pueden permitir que la armadura de Kevlar use muchas menos capas, haciéndola más liviana y flexible. Los dos tienen una cosa en común: reaccionan fuertemente en respuesta a un estímulo. A continuación, veremos de qué están hechos estos líquidos y por qué reaccionan de esta manera.

Publicidad