Cuántas veces hemos roto algo y hemos pensado que ojalá volviéramos marcha atrás. Aunque fueran unos pocos segundos. Algo así es lo que sucede con los materiales autorreparables. Se produce un agujero, una grieta o una rotura y el material vuelve a su estado anterior. Cuando estaba bien. Vamos, lo que sucede con los seres vivos cuando se produce una herida. Si no es muy grave, esta acaba por cerrarse sola.
Pero encontrar o crear materiales autorreparables no es tan simple. Hay quien dice que en la Antigua Roma ya trabajaban con un tipo de mortero para la construcción que tenía cualidades de autorreparación. Pero no es hasta el siglo XXI, el que vivimos nosotros, que se produce una explosión de descubrimientos sobre materiales inteligentes con propiedades sorprendentes. Y una de esas propiedades es la posibilidad de que un material desgastado, roto o dañado pueda arreglarse por sí mismo.
Curiosamente, este tipo de materiales se inspiran en su gran mayoría en la naturaleza, toda una especialista en materiales autorreparables como huesos, exoesqueletos, tejidos y demás elementos biológicos de plantas y animales que pese al paso del tiempo logran sobreponerse a desgastes y roturas. El ser humano los ha observado y ha conseguido, en los últimos años, crear nuevos materiales con esas mismas propiedades.
La vida útil de los materiales autorreparables
Los materiales autorreparables tienen una duración mayor que los materiales que empleamos en la actualidad. Desgaste, roturas, deformaciones… Ya sea una prenda de ropa, un edificio al aire libre o elementos de almacenamiento de líquidos o sólidos, en muchos campos de la industria o en el día a día se necesitan materiales que resistan el paso del tiempo.
Quienes investigan en este campo de la ciencian han logrado distintas estrategias para crear materiales autorreparables que no necesitan mantenimiento o cuyo mantenimiento es mucho menor. Por un lado, creando materiales a partir de lo observado en la naturaleza o biomimetismo. Pero la estrategia más prometedora es la de los polímeros. La química aplicada a nuestro día a día.
Por ejemplo, se pueden crear materiales que cuentan con microcápsulas en su interior que se activan al romperse y generan material suficiente para tapar una rotura o un desgaste. Esto puede hacerse mediante bacterias o con distintos componentes como fibras, celulosa, cristales, etc. El resultado es variable. Podemos obtener materiales autorreparables y, por tanto más duraderos. Y al mismo tiempo resisten mejor la temperatura, la torsión o el desgaste producido por el agua u otros elementos que acortan la vida útil de estos materiales.
Materiales autorreparables con memoria
La Universidad Rey Juan Carlos y el CSIC anunciaron hace unos años, en 2018, sus investigaciones con polímeros autorreparables. Unos materiales que han dado muy buenos resultados y que se basan en aplicar la química en forma de plásticos, gomas, fibras o pinturas. Entre sus propiedades, también destacaban por tener memoria. En el sentido de que bajo determinadas circunstancias, podían volver a su forma original pese a haber sido deformados.
Esas circunstancias eran el calor. Si se aplicaba una temperatura relativamente alta, unos 60ºC, ese polímero autorreparable volvía a la forma inicial con que fue moldeado. Esto puede ser útil para la fabricación de botellas y elementos de almacenaje de líquidos o sólidos, prendas de ropa o, a medio plazo, componentes de vehículos o piezas para distintas industrias. Y en otros ámbitos como la salud, pudiendo crear injertos vasculares duraderos que podrían aplicarse en operaciones menos invasivas.
La naturaleza como inspiración
Decíamos que la naturaleza ha servido en muchas ocasiones para que el ser humano encuentre soluciones a sus problemas. Directamente o como inspiración. Qué sería de la aviación sin la observación de las aves. Y en el caso que nos ocupa, el calamar sirvió para encontrar materiales autorreparables para máquinas blandas, soft machines en inglés. Una investigación publicada en Nature en el verano de 2020, habla de un polímero biosintético biodegradable que tiene, entre otras características, la posibilidad de repararse por sí mismo.
Su aplicación, en este estudio, va enfocada a crear elementos y componentes robóticos de las llamadas máquinas blandas. Son aquellas que imitan animales como insectos para realizar tareas específicas. Otros usos posibles serían las prótesis humanas, máquinas respiradoras o trajes especiales de protección. En definitiva, usos que requieren de materiales resistentes al desgaste, la deformación y la torsión constante. Y es que el polímero en cuestión se repara en unos pocos segundos.
Como curiosidad. El polímero, creado en laboratorio, se inspira en los dientes que los calamares tienen en el interior de sus ventosas y que sirven para agarrar a las presas. Cuando esos dientes se rompen se reparan por sí mismos. Empleando unas proteínas y la propia agua de mar. Precisamente, el polímero del que habla el estudio también emplea agua para su reparación. Agua y calor, aunque también podría usar luz.
Cemento que dura para siempre
El cemento es uno de los materiales más utilizados, especialmente en la construcción. Gracias a este material podemos construir edificios de gran tamaño que resisten los embates del tiempo y las inclemencias de la naturaleza. Pero también se resiente. Su vida útil es muy larga. Pero siempre es posible ir más allá para no tener que preocuparnos por la integridad de una estructura que pisamos a diario. Y para evitar que se generen emisiones de carbono durante su fabricación. Un 8% del total de emisiones en todo el mundo. Y aquí entran las investigaciones en materiales autorreparables. En concreto, lo que se ha pasado a llamar biocemento o cemento autorreparable.
En 2014, el investigador neerlandés Henk Jonkers daba a conocer su proyecto de biocemento. Este microbiólogo de la Universidad de Tecnología de Delft, en los Países Bajos, había diseñado un comento a prueba de roturas. O mejor dicho, si se producían roturas, se podían reparar. Sin que intervenga el ser humano. En su lugar, de la reparación se encargan unas bacterias integradas en el cemento. O más bien encapsuladas. Y alimentadas con lactato de calcio.
Cuando se produce una rotura o desperfecto en el cemento, el contacto del agua con las capsulas que contienen las bacterias hace que se rompan y liberen a estos microscópicos reparadores que cerrarán la rotura.
El futuro sostenible de la construcción
Más recientemente, el Profesor Liberato Ferrara, de la Universidad Politécnica de Milán, en Italia, ha anunciado el desarrollo de UHDC, ultra high durability concrete, es decir, cemento de ultra alta durabilidad. El nombre del proyecto es ReSHEALience y el cemento en cuestión, está pensado para aguantar las condiciones más duras posibles. Esto incluye entornos marinos o plantas de energía geotermales.
En este proyecto en particular, la durabilidad del cemento se alarga empleando ingredientes adicionales. Como aditivos cristalinos, nanofibras de alúmina y nanocristales de celulosa. El resultado, un cemento que se repara al reaccionar con el agua que entra en contacto con las partes dañadas del material. Y, según sus creadores, no requiere mantenimiento alguno en más de 50 años. Esto aumenta la vida útil de las estructuras construidas con este material y reduce la fabricación de cemento y la huella ambiental derivada.
