¿Alguna vez te has preguntado qué tienen en común una rodilla humana, una bisagra de puerta y una turbina eólica? Todas dependen de una ciencia poco conocida pero esencial: la tribología.
La tribología es la disciplina que estudia la fricción, el desgaste y la lubricación entre superficies en movimiento. Desde el roce de las articulaciones humanas hasta el funcionamiento de complejas maquinarias industriales, esta ciencia busca entender y optimizar esas interacciones para mejorar la eficiencia y durabilidad de los sistemas.
Aunque el concepto puede sonar técnico, la tribología está en todas partes. Cada vez que engrasas la cadena de una bicicleta o aplicas crema a una articulación dolorida, estás interactuando con un sistema tribológico. Estos sistemas están influenciados por una gran variedad de factores que trabajan en conjunto: el tipo de materiales que se encuentran en contacto (por ejemplo, metal, plástico o cerámica), la presencia o ausencia de lubricantes, y también las condiciones externas como la temperatura, la humedad, la carga aplicada o el tipo de movimiento entre las superficies. Incluso la textura microscópica de los materiales juega un rol crucial, ya que ninguna superficie es perfectamente lisa. Cada una de estas variables puede alterar de forma significativa cómo se comporta un sistema tribológico, y entenderlas permite diseñar soluciones más duraderas, eficientes y sostenibles.
El esquema ilustra (a la izquierda) dos cuerpos cuyas superficies interactúan, afectados por factores externos. A la derecha, un acercamiento a los fenómenos que pueden presentarse en los puntos de contacto.
Impacto de la tribología en diversas industrias
La tribología tiene aplicaciones concretas en una amplia variedad de sectores. En la industria, por ejemplo, mejora el funcionamiento de engranajes, rodamientos y turbinas, reduciendo el mantenimiento y ahorrando en costos operativos en áreas como la manufactura. En el ámbito de la energía, permite el desarrollo de nanogeneradores triboeléctricos, que convierten la fricción —como la carga estática generada al frotar un globo— en electricidad para dispositivos autónomos. En medicina, los avances en recubrimientos y materiales tribológicos son fundamentales para el desarrollo de prótesis e implantes más duraderos y compatibles con el cuerpo humano, lo que se traduce en una mejor calidad de vida para miles de personas.
Avances que revolucionan la Tribología
En el marco de su línea de investigación en tribología, un grupo de investigadores liderados por el académico Max Marian trabajan en el desarrollo de nuevos materiales y superficies capaces de mejorar el rendimiento y la durabilidad de los sistemas mecánicos en diversas industrias. Su labor combina dos enfoques:
1.-Simulaciones numéricas: Usando modelos computacionales, el equipo simula sistemas complejos, como una rodilla artificial, para predecir su comportamiento y anticipar desgaste. Estas simulaciones permiten diseñar soluciones antes de fabricar prototipos.
Con los métodos numéricos de la tribología es posible modelar y simular sistemas como una rodilla, para predecir su comportamiento en el corto y largo plazo.
2.-Métodos experimentales: El equipo modifica superficies para reducir fricción y desgaste, explorando tres técnicas de vanguardia:
Microtexturización de superficies: Se crean microorificios precisos que actúan como reservorios de lubricante, mejorando su distribución y reduciendo la fricción.
Recubrimientos de carbono tipo diamante: Se aplican películas delgadas que combinan la dureza del diamante y la lubricidad del grafito, ideales para entornos industriales y aplicaciones médicas por su biocompatibilidad.
Materiales 2D: Láminas de materiales como el grafeno, con espesores de pocos átomos, ofrecen propiedades excepcionales para minimizar fricción y desgaste.
Además de las simulaciones y experimentos, el equipo del profesor Max Marian ha incorporado una herramienta de vanguardia en su investigación: la inteligencia artificial. En particular, utilizan una técnica conocida como machine learning (aprendizaje automático) que permite a los computadores identificar patrones y hacer predicciones a partir de grandes cantidades de datos. Pero lo que hace especial su enfoque es que no se basa solo en los datos, sino que también incorpora las leyes físicas que rigen el comportamiento de los materiales.
Esto se conoce como machine learning informado por la física, y permite que los modelos no solo acierten más en sus predicciones, sino que lo hagan de forma coherente con la realidad. Por ejemplo, su equipo ha logrado predecir cómo se comportan ciertos lubricantes bajo condiciones extremas. Estos modelos son especialmente valiosos porque pueden ser utilizados incluso cuando hay pocos datos disponibles, y ofrecen resultados más confiables que los métodos tradicionales.
Al combinar física, datos y algoritmos, el trabajo de este equipo de investigadores está abriendo nuevas posibilidades para diseñar sistemas mecánicos más eficientes, duraderos y sostenibles.
Departamento de Ingeniería Mecánica y Metalúrgica
La tribología no solo optimiza el rendimiento, sino que también contribuye a un mundo más sostenible. Sorprendentemente, cerca del 23% de la energía primaria global —la que proviene directamente de recursos naturales— se pierde en superar la fricción o reemplazar componentes desgastados. Al reducir estas pérdidas, la tribología impulsa una economía elíptica, donde los productos duran más, disminuyendo el impacto ambiental. En palabras de Max Marian, líder del proyecto en la UC:
Hacia una economía más sostenible
En un país como Chile, con una fuerte dependencia de industrias extractivas como la minería, la fricción, el desgaste y la lubricación no son solo fenómenos físicos, sino factores estratégicos. Cada componente que se degrada prematuramente, o cada sistema que opera fuera de condiciones óptimas de lubricación, representa no solo una pérdida económica, sino también una brecha en eficiencia, seguridad y sostenibilidad.
Este impacto se extiende mucho más allá de la minería. En sectores como la energía —especialmente la eólica y las centrales hidráulicas de bombeo con agua de mar, donde Chile tiene un potencial enorme— el diseño tribológico de componentes es clave para garantizar la durabilidad, la confiabilidad y la reducción del mantenimiento no programado.
También en la industria alimentaria, la tribología está permitiendo avanzar hacia productos más sostenibles, por ejemplo, optimizando texturas y procesos con menor impacto ambiental. En la ingeniería biomédica, tecnologías tribológicas son esenciales para mejorar la vida útil y el desempeño de implantes y dispositivos médicos, lo que tiene un impacto directo en la calidad de vida de las personas.
Finalmente, no podemos olvidar la dimensión social: una tribología bien aplicada reduce costos, mejora la eficiencia energética y promueve una economía más circular. Esto se traduce en sistemas más accesibles y sostenibles para la sociedad en su conjunto. La tribología, en ese sentido, no es solo ciencia de contacto, sino también de impacto.
