En segundos se detectaría la rugosidad de materiales para fabricar frenos e implantes

La rugosidad se puede explicar con el siguiente ejemplo: si se deja una canica rodar sobre una mesa que no es lisa y que tiene relieves e irregularidades en su forma, impidiendo que se desplace de la mejor forma. Estos cambios en la superficie serian la rugosidad..

Según su origen y estructura, todos los materiales tienen diferentes grados de rugosidad; por ejemplo una lámina de aluminio no tendrá la misma textura que una de hierro o de cobre. Esto se debe a la cohesión de las partículas que los componen: cuando están muy unidas el material será más resistente, mientras que si están menos cohesionadas este será más propenso a dañarse.

Los métodos convencionales para medir la complejidad de una superficie pueden tomar mucho tiempo y no la muestran muy completa. Entre estos está el perfilómetro, un dispositivo que funciona de manera similar a un tocadiscos: una aguja se desplaza sobre el material registrando las irregularidades de la superficie. Se usa en industrias como la manufacturera para determinar la suavidad o rugosidad de los metales.

Sin embargo este sistema tiene limitaciones en el análisis de áreas superficiales amplias y en su velocidad de medición, ya que se enfoca en registros lineales, lo cual impide obtener una visión integral de toda la superficie del material estudiado.

De ahí que el investigador José Alfredo Gómez Mateus, magíster en Física de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), estudió la rugosidad de un material de manera más rápida y versátil, trabajo que adelantó en el Grupo de Microscopía Electrónica dirigido por el profesor John Sandino, del Departamento de Física.

Para eso utilizó un microscopio electrónico de barrido (SEM), para tomar pequeñas capturas en alta resolución de una lámina de aluminio y desarrollar una reconstrucción en 3D de su superficie, permitiendo un análisis más preciso de cada segmento del material en sentido tanto vertical como horizontal, con una visión completa y detallada de su textura.

Aunque el trabajo incluyó estudios sobre diferentes tipos de muestras, el desarrollo del método se centró en la lámina de aluminio por su idoneidad para comparar el método convencional con el SEM.

El físico Gómez demostró que esta técnica es altamente precisa, ya que señala una coherencia del 99,9 %, lo que quiere decir que es capaz de hacer las mediciones del perfilómetro de una manera más eficiente.

Una parte del trabajo es analizar la dimensión fractal, concepto matemático que proporciona información sobre la irregularidad y la estructura de una superficie estudiando la correlación entre sus diferentes escalas de observación y considerando no solo la magnitud, sino también la distribución y estructura de cada cara del material.

“En investigaciones futuras esta característica se podría explotar para obtener un entendimiento más profundo de cómo la rugosidad y la dimensión fractal varían según el cambio en la escala de observación, lo cual sería particularmente útil para estudiar superficies con heterogeneidades a múltiples escalas, como materiales compuestos o superficies biológicas”.

“La capacidad de analizar la misma muestra bajo diferentes aumentos podría revelar detalles importantes que son invisibles a una sola escala, proporcionando una comprensión más completa de las características de la superficie del material”, indica el investigador.

El método se desarrolló utilizando el lenguaje de programación Python, conocido por su versatilidad y facilidad de uso en aplicaciones científicas. Según el físico Gómez, “para el análisis de las imágenes empleamos librerías modernas y eficientes, implementando algoritmos de procesamiento robustos y libres de patentes, lo cual garantiza que cualquier investigador pueda utilizar el programa sin restricciones, facilitando la reproducibilidad y la colaboración en la comunidad científica”.

El método físico propuesto hace que los procesos tomen solo segundos, lo cual ayudaría mejorar la forma en que estas industrias analizan los materiales para fabricar sus piezas, un aporte para la seguridad automovilística y la calidad de los dispositivos médicos.