El futuro de la industria de la arquitectura ofrece innumerables posibilidades, a medida que avanza la investigación en el dominio. Una innovación es la capacidad de que las estructuras se vuelvan acústicamente invisibles, absorban la energía sísmica o recolecten electricidad de los sonidos que las rodean. Cualidades de esta naturaleza pueden ayudar a redefinir la funcionalidad y sostenibilidad de los edificios. Los profesionales de la arquitectura y la ciencia están a la vanguardia de esta creación. Lo que hace esto posible son los metamateriales que podrían ofrecer métodos alternativos para diseñar buenos edificios.
Los metamateriales son materiales compuestos sintéticos con estructuras que exhiben propiedades que normalmente no se encuentran en materiales naturales. A diferencia de los materiales tradicionales caracterizados por su composición química, los metamateriales deben sus propiedades únicas a su estructura interna. Estos materiales de ingeniería son diseñados a nivel microscópico para manipular ondas, permitiendo que sean diseñados para reacciones deseadas con vibraciones, sonido u ondas de luz.
Su aplicación más previsible radica en el control acústico. El aislamiento acústico tradicional depende de materiales gruesos y pesados que absorben ondas sonoras. Los metamateriales acústicos, por otro lado, pueden redirigir completamente las ondas sonoras, haciendo que un edificio sea «acústicamente invisible». Los materiales pueden desarrollarse para apuntar a frecuencias precisas para hacerlos eficientes en eliminar tipos particulares de contaminación acústica.
En el entorno construido, los metamateriales acústicos pueden encontrar usos en múltiples tipos de espacios, como espacios hospitalarios para eliminar frecuencias del ruido de equipos médicos, o edificios de apartamentos que bloquean los sonidos del tráfico. A medida que las ciudades se vuelven más densas y la contaminación acústica se convierte en una preocupación de salud pública, los metamateriales pueden permitir un camino prometedor hacia adelante. La investigación indica que estos materiales pueden lograr una reducción de ruido excepcional con perfiles más delgados que los métodos tradicionales, liberando así espacio interior mientras mejoran el confort acústico.
Los metamateriales también encuentran un caso de uso con su capacidad para manipular ondas sísmicas, presentando un método para que los edificios respondan a desastres naturales. Los materiales de construcción diseñados podrían absorber y disipar la energía sísmica para proteger las estructuras al estar sintonizados para combatir contra frecuencias sísmicas específicas.
La innovación puede hacer que los diseños resistentes a terremotos sean accesibles y rentables. Las invenciones en este dominio se vuelven lucrativas, especialmente con el cambio climático aumentando la frecuencia e intensidad de desastres naturales. La capacidad de modernizar edificios existentes con componentes de metamaterial podría traer innovación a la seguridad sísmica en regiones vulnerables de todo el mundo.
Capaces de responder a ondas electromagnéticas, los metamateriales también permiten el control sobre la luz y el calor. Filtran selectivamente la radiación solar, redirigen la luz natural y manipulan propiedades térmicas en tiempo real. Para los profesionales de la arquitectura, esto trae oportunidades en estrategias avanzadas de iluminación diurna que reducen la dependencia de sistemas mecánicos de HVAC mientras mejoran el confort de los ocupantes.
Investigadores del MIT han desarrollado fibras que cambian de propiedades con la temperatura, creando potencialmente telas que se adaptan automáticamente a las condiciones climáticas. Otras innovaciones incluyen materiales que brillan más intensamente bajo estrés mecánico para proporcionar retroalimentación en tiempo real sobre la salud estructural. Estas características adaptativas podrían cambiar el mantenimiento de edificios de un enfoque reactivo a uno predictivo. Este cambio de componentes pasivos de edificios a sistemas activos trae control y precisión al diseño de edificios.
Hasta ahora, los metamateriales se entendían como materiales; queremos pensarlos como máquinas. – según investigadores del Instituto Hasso Plattner
La transición del laboratorio al sitio de construcción está ganando un verdadero impulso. Los avances en impresión 3D y diseño computacional están abriendo la puerta a aplicaciones del mundo real de metamateriales a gran escala. En TU Delft, los investigadores han desarrollado herramientas de IA que pueden trabajar hacia atrás desde propiedades deseadas para crear las estructuras necesarias, equilibrando así la innovación en el diseño con la viabilidad de fabricación. Un enfoque de «diseño inverso» indica que los arquitectos podrían pronto especificar características de rendimiento del edificio deseadas, como aislamiento acústico, propiedades térmicas y respuesta estructural. Materiales a medida pueden satisfacer criterios exactos de rendimiento y diseño.
La amplia aceptación de los metamateriales en la arquitectura podría tener impactos ambientales y sociales. Al permitir estructuras adaptativas, estos nuevos bloques de construcción pueden reducir la huella de carbono de la construcción y extender la vida útil de los edificios.
Además, la capacidad de modernizar estructuras existentes con componentes de metamaterial puede ayudar a preservar sitios de patrimonio cultural mientras se actualizan para estándares de seguridad y confort modernos. Socialmente, un entorno acústico y térmico mejorado puede aumentar el bienestar, particularmente en entornos urbanos donde el ruido y las temperaturas extremas afectan a los residentes.
Abordar los desafíos que vienen requiere un esfuerzo colaborativo entre científicos de materiales, ingenieros y arquitectos. Los códigos de construcción necesitarán actualización, los procesos de fabricación deben escalar, y los profesionales requerirán nueva capacitación. Las recompensas potenciales hacen que valga la pena enfrentar estos desafíos, siempre que promuevan una arquitectura ambientalmente sostenible y responsiva.
