"Hoy en día no se puede establecer una división marcada entre ciencia e ingeniería"

Javier Llorca (Madrid, 1960), doctor Ingeniero de Caminos, es catedrático y responsable del grupo de investigación en "Materiales Estructurales Avanzados y Nanomateriales" de la Universidad Politécnica de Madrid. Desde febrero de 2007 es, además, director del Instituto Madrileño de Estudios Avanzados de Materiales (IMDEA-Materiales). El profesor Llorca lleva más de 25 años dedicado a la investigación en Ciencia e Ingeniería de Materiales, y su tarea se ha dirigido principalmente al estudio de la relación entre la microestructura y las propiedades de materiales estructurales. En particular, sus contribuciones científicas más relevantes se han realizado en el desarrollo de modelos de simulación multiescala que permiten predecir las propiedades macroscópicas de materiales a partir de su estructura microscópica. Con más de 130 artículos publicados en revistas internacionales del SCI y un índice h de 30, el Prof. Llorca es uno de los ingenieros españoles cuyas contribuciones científicas han tenido mayor repercusión internacional.

El Profesor Javier Llorca acaba de ser galardonado con el premio anual de investigación de la Universidad Politécnica de Madrid, que recibirá el próximo día 28 de enero.

1.- La Universidad Politécnica de Madrid concede cada año su premio de investigación para distinguir a profesores o científicos de la UPM que han destacado por su labor investigadora en cualquiera de las áreas de conocimiento de esta Universidad madrileña. ¿Qué significado tiene para Vd. haber sido galardonado con este premio?

Este premio me causa una enorme satisfacción porque supone un reconocimiento a mi trabajo de investigación en la Universidad Politécnica de Madrid durante veinticinco años. Y, al mismo tiempo, me produce una vergüenza no menor porque yo recibo el reconocimiento por el trabajo de otros. La investigación hoy en día no se realiza aisladamente sino dentro de un grupo. SI todos somos "enanos a lomos de gigantes", en mi caso este premio pone de manifiesto la calidad humana y científica y la dedicación de los miembros del Departamento de Ciencia de Materiales con los que he llevado a cabo la gran mayoría de mi tarea investigadora. Este departamento -que nació a partir del impulso pionero del Prof. Elices desde la cátedra de Física de la Escuela de Ingenieros de Caminos en los años 70- cuenta en este momento con treinta investigadores (más de la mitad doctores), unas infraestructuras científicas de primer nivel y una sólida reputación internacional en el campo de la mecánica de materiales estructurales. Sólo es posible lograr resultados relevantes en el mundo de la investigación si uno está inmerso en un ambiente donde se premia la excelencia y se trabaja en equipo, aunando esfuerzos y recursos que siempre son escasos.

2.- ¿Se considera Vd. más ingeniero o más científico? ¿Cuáles son, a su juicio, las relaciones actuales entre ingeniería y ciencia?

Pienso que mi trayectoria es un buen ejemplo para demostrar que hoy en día no se puede establecer una división marcada entre ciencia e ingeniería. La tarea del ingeniero en los siglos XIX y XX se entendía como la aplicación de los conocimientos generados por los científicos para convertirlos en herramientas y productos útiles para la sociedad. Sin embargo, la complejidad de los problemas a resolver ha obligado a formar grupos de investigación multidisciplinares en los que ingenieros trabajan junto a matemáticos, físicos, químicos, o biólogos. En este marco, los ingenieros han descubierto que ellos también pueden contribuir al desarrollo de los conocimientos sobre los materiales, los fenómenos y las teorías con que trabajan cada día y estas colaboraciones han dado lugar a la Ciencia de la Ingeniería (Engineering Science). Como consecuencia, cada vez se encuentran más ingenieros que realizan una actividad científica relevante a la vez que contribuyen a la solución de problemas prácticos. En mi caso particular, un buen ejemplo de esta dualidad se puede encontrar en el desarrollo de las técnicas de micromecánica computacional. Esta estrategia de simulación ha permitido obtener una solución exacta a un problema clásico en la mecánica de sólidos -la determinación de las constantes elásticas de una material compuesto reforzado por una distribución homogénea e isótropa de esferas- a la vez que ha constituido la base del desarrollo de las modernas técnicas de ensayos virtuales que hoy en día está empezando a utilizar la industria aeroespacial para reemplazar los ensayos de certificación.

3.- Al leer en qué ha centrado parte de su tarea investigadora nos ha llamado mucho la atención el término "Simulación Multiescala", ¿Qué es y para que sirve?

Las propiedades de los materiales dependen de fenómenos y estructuras que ocurren en diferentes longitudes de escala. Por ejemplo, en el campo de las propiedades mecánicas, la deformación elástica de un sólido cristalino viene controlada por el enlace químico entre los átomos y la estructura del cristal, que aparecen en longitudes del orden del nm (10-9 m). La deformación plástica, responsable de la ductilidad de los metales, depende del movimiento y distribución espacial de defectos lineales (dislocaciones) en la estructura cristalina, y estos procesos se desarrollan en longitudes de µm (10-6 m). Finalmente, la fractura se produce a partir de defectos y grietas cuyo tamaño suele estar comprendido entre las µm y los cm. Para complicar más las cosas, estas propiedades no son independientes entre sí y la longitud crítica de una grieta que dar lugar a la rotura catastrófica de un elemento estructural depende del comportamiento elástico y plástico del material, que están controlados por fenómenos que ocurren a longitudes de escala inferiores.

Desde el punto de vista de la modelización, es imposible representar todos y cada uno de los átomos para estudiar fenómenos que donde la longitud característica es del orden de µm ó mm y se hace necesario utilizar técnicas de simulación multiescala. En esta estrategia, distintas técnicas se simulación (ab initio, dinámica molecular, dinámica de dislocaciones, elementos finitos) se encadenan para estudiar fenómenos que involucran distintas longitudes de escala de manera que los resultados obtenidos con una técnica se utilizan para como datos de partida en otra herramienta que simula el comportamiento en una longitud de escala superior.

4.- ¿Cuáles son los retos a medio-largo plazo de la investigación en el campo de los materiales?

La Ingeniería de Materiales puede considerarse como una disciplina transversal porque los nuevos materiales se encuentran en el origen de la mayoría de las tecnologías que han dado lugar a un salto cualitativo en el desarrollo tecnológico. Sin entrar en detalles, la interacción entre materiales y tecnología ha seguido una de estas dos formas: o la síntesis de un material con nuevas propiedades ha dado lugar a una revolución industrial en un área determinada (p.e., la magnetoresistencia gigante) o un nuevo material se ha ido introduciendo lentamente en distintas aplicaciones siguiendo una estrategia de ensayo y error (p.e., los materiales compuestos en la industria aeroespacial). Ambas circunstancias actúan como barreras al desarrollo tecnológico, particularmente hoy en día en que las herramientas de diseño han reducido radicalmente el tiempo necesario para optimizar nuevos productos.

Sin embargo, los avances en la capacidad de cálculo de los ordenadores digitales, y el desarrollo de las nuevas técnicas de simulación multiescala está cambiando rápidamente este escenario. Pienso que unos de los principales retos de la investigación en Materiales en las próximas décadas está en el desarrollo de la denominada Ingeniería de Materiales Computacional. Esta nueva disciplina tiene como objetivo agrupar las técnicas de simulación disponibles en una estrategia multiescala capaz de simular el procesado, la microestructura, las propiedades y el comportamiento en servicio de los materiales. De este modo, nuevos materiales podrán ser diseñadas, ensayados y optimizados en el ordenador mucho antes de que hayan sido fabricados en el laboratorio, con el consiguiente ahorro de tiempo y mejora en las propiedades.

5.- Desde hace tres años, Vd. ha compatibilizado sus tareas docentes e investigadoras en la Universidad con la dirección del Instituto Madrileño de Estudios Avanzados de Materiales. ¿Qué le llevó a aceptar este nuevo cargo?

Mi curriculum muestra que nunca me han atraído las tareas de gestión. Sin embargo, tomé la decisión de involucrarme en la dirección de IMDEA-materiales cuando comprendí que esta iniciativa podía ser un catalizador decisivo para superar una de las mayores limitaciones de la ciencia en España: nuestra escasa capacidad para atraer el talento a nivel internacional, que en muchas ocasiones lleva a una endogamia empobrecedora. Para superar esta barrera, los institutos IMDEA están dotados de una forma jurídica y una estructura de gestión flexibles, que les permite incorporar a investigadores de todo el mundo, algo que es muy difícil para las universidades públicas y el CSIC. En este sentido, pienso que los institutos IMDEA van a actualizar de catalizador del sistema público de I+D+i al poner de manifiesto los beneficios que resultan de contar con científicos de todo el mundo en nuestros centros de investigación.