¿Qué hace que un material sea prácticamente irrompible? Curiosamente, determinar si algo aguantará un gran peso, el calor, el frío o una cantidad de fuerza en contra, tiene más que ver con lo que se esconde en el interior de ese material que lo que vemos a simple vista. La ciencia investiga métodos para obtener materiales más resistentes. Y una de esas aproximaciones tiene que ver con la nanociencia, el conocimiento de aquello visible solamente bajo el microscopio.
Durante siglos, el ser humano ha buscado nuevos materiales en la naturaleza. De origen animal, vegetal o mineral. Un material sustituía a otro a medida que se descubrían propiedades mejores a las anteriores. En la actualidad, se siguen buscando materiales más resistentes o con peculiaridades únicas de distintas formas. Por ejemplo, mediante simulaciones por ordenador y fabricación 3D. O yendo al mundo nano y micro de los materiales para conocer sus estructuras y mejorarlas.
Un estudio realizado en Caltech, el Instituto de Tecnología de California, ha descubierto que un prometedor método para obtener materiales más resistentes consiste en emplear nudos microscópicos. Una curiosidad que hace que los materiales sean más robustos a nivel macroscópico. Es decir, en el mundo que podemos observar a simple vista.
Yendo a la raíz del problema
Esta aproximación para encontrar nuevos materiales no es nueva. Y gracias a ella se están logrando grandes avances. Ya que se trata de alterar la arquitectura de los materiales a nivel nano y micro en vez de esperar a encontrar sus equivalencias en la naturaleza. Es más. La aplicación de nudos resulta una solución muy imaginativa y simple, en apariencia.
Los nudos se han empleado desde tiempos inmemoriales. Se estima que el nudo más antiguo encontrado data de hace 18.500 años. Una pieza de cuero encontrada en Monte Verde, Chile. Y su función era sostener una construcción. Los nudos han servido para unir toda clase de materiales para vestirse, construir y fabricar lo impensable. Y, a su vez, hacer esos materiales más resistentes que si se unieran con otros métodos.
Precisamente, lo que hace importante a los nudos que pueden ser muy resistentes y mantenerse durante años. Si eso es así en el plano macroscópico, ¿por qué no probar suerte en el microscópico? A nivel de física y/o ingeniería, los nudos absorben más energía y permiten que los materiales se deformen más sin romperse bajo condiciones de estrés. Volviendo a su estado original sin daños aparentes.
¿Y cómo se fabrican estos nuevos materiales? En los experimentos realizados se empleó una litografía 3D avanzada de alta resolución capaz de producir estructuras a escala nanométrica. Está por ver cómo será el salto de fabricar esos materiales a escala macroscópica. Por el momento, el futuro de esta investigación pasa por explorar nudos más complejos y ver qué resultados ofrecen.
Materiales más resistentes y duraderos
En las imágenes de los experimentos realizados por los investigadores de Caltech se ve cómo un mismo material, a escala microscópica, se rompe en condiciones normales y no lo hace, en cambio, si se le aplican nudos a ese material. Lo cual abre las puertas a aplicar este método de fabricación de materiales más resistentes a sectores como el aeroespacial, la biomedicina o, quién sabe, la construcción. Sectores que requieren de materiales que aguanten el paso del tiempo y en condiciones extremas sin que le pase factura a dicho material.
En el caso que nos ocupa, cada nudo tiene un tamaño de 70 micrómetos. Y cada fibra tiene un radio de 1,7 micrómetros. Una centésima parte del radio de un cabello humano. Y dejando a un lado un experimento similar de 2017 a nivel atómico, es la primera vez que se crean nuevos materiales a partir de nudos a esta escala. Y con unos resultados muy satisfactorios, ya que el mismo material con nudos, absorbe un 92% más de energía que el material tejido. Un nuevo método de fabricación de materiales más resistentes que tendrá importancia a medio y largo plazo.
La investigación apareció publicada en Science Advances el pasado mes de marzo. En el estudio aparece como autor principal Widianto P. Moestopo, graduado en Caltech y ahora miembro del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore de Estados Unidos. Pero también forman parte del descubrimiento Julia R. Greer, Ruben F. y Donna Mettler, La primera profesora de Ciencia de los materiales, mecánica e ingeniería médica. Ruben F. es director de la Fundación Fletcher Jones y Donna Mettler es coautora de la investigación. También participaron los estudiantes Sammy Shaker y Weiting Deng.
