Innovación

Cáscaras de huevo y seda de araña inspiran materiales para crear construcciones con ‘superpoderes’

Foto: Material obtenido a partir de caparazones de crustáceos y tela de araña ya se ha probado para fabricar piezas de ajedrez. ¿Podría llegar a ser parte de un edificio? Crédito: Javier G. Fernández.

La biomimética trabaja en imitar características de la naturaleza para desarrollar soluciones y materiales con mejores propiedades, aunque todavía es pronto para su uso en sectores como la construcción

Por Jose Carlos Sánchez

Cuando a Peter Parker le pica una araña radioactiva se convierte en superhéroe. Fuerte, ágil y con sentidos hiperdesarrollados. Estas características que a él le convierten en un superhombre son, sin embargo, innatas en las arañas, y es su extrapolación al mundo humano la que las convierte en extraordinarias. Centros de investigación en todo el mundo son conscientes de que hay capacidades animales que podrían ofrecer muchas ventajas en el mundo humano. La propia seda de araña, resistente como el acero pero mucho más elástica, es considerada como uno de los materiales del futuro, de la que se ha dicho podría incluso redefinir la industria de la construcción.

“Son materiales interesantes”, apunta el catedrático de Ciencias Materiales de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) Gustavo Guinea. Sin embargo, y pese a los titulares recurrentes, aún falta tiempo para que pueda cruzarse un puente de este material. A pesar de su “trascendencia mediática”, el experto explica: “Para llevarlo al campo industrial hay un gap al que no veo la solución: producirlo barato”. Porque una cosa es imitar la naturaleza con materiales actuales, como en la construcción de la cúpula del milenio en Greenwich (Londres, Reino Unido), que imita la estructura de una telaraña para soportar el peso. Y otra trabajar directamente con esa misma seda arácnida.

El equipo de Guinea, como publicaron en la revista Scientific Reports, ha desarrollado una manera de lograrla a partir de técnicas de cría de gusanos de seda. Extraen la glándula productora de la tela, la sumergen en una solución ácida y la estiran. El resultado es una sección que va desde 30 micras hasta 240 micras, mientras que la tela de araña natural oscila en torno a la micra. Sin embargo, y a pesar de mejorar el rendimiento para obtenerla, no supera la fiabilidad de su homóloga natural. Para Guinea es una buena manera de comprender cómo se forma el material, pero resulta más difícil plantear un uso directo.

La tela de araña es solo un ejemplo mediático de la llamada biomimética, la imitación o inspiración en elementos y estructuras de la naturaleza para el desarrollo de materiales o soluciones de ingeniería. Para el director del Grupo de Materiales Bioinspirados del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, Francisco del Monte, “su dificultad reside en el diseño”. Y considera que son los avances como la nanotecnología los que están permitiendo aplicar la biomimética a cada vez más materiales.

Edificios ‘biológicos’

Peter Parker no sería el único en beneficiarse de la naturaleza. Los materiales biomiméticos podrían incorporar funciones bactericidas, ofrecer un mejor aprovechamiento de estructuras complejas y una mayor sostenibilidad. “Al final se busca lograr el mismo o mejor efecto pero con menos material”, destaca Del Monte. Un ejemplo sería el nácar de los moluscos, cuya estructura de carbonato cálcico puede inspirar cristales más resistentes.

En la Universidad de Cambridge (Reino Unido), la doctora en Biofísica e investigadora en Bioingeniería Michelle Oyen trabaja para crear materiales que imiten los huesos y las cáscaras de huevo. Busca combinar sus funciones estructurales –gran resistencia y poco peso- con sus posibilidades industriales. “Las respuestas de la ingeniería siempre implican un gran consumo de energía, pero no la biología que es capaz de crear materiales a baja temperatura y presión ambiente”, explica.

Trabajar directamente con materiales y moléculas naturales es lo que hizo el doctor en Nanobiotecnología e investigador de la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur Javier G. Fernández para convertir la quitina de las cáscaras de crustáceos en un plástico biodegradable. “Dónde tú ves un caparazón, nosotros vemos un material, buscamos dentro de su estructura para ver cómo está hecho y e intentamos reproducirlo con nanotecnología”.

Su resultado es un plástico biodegradable, flexible, con la fuerza del aluminio pero la mitad de su peso. Lo han bautizado como Shirlk (que combina los términos ‘gamba’ y ‘seda’ en inglés). Se trata de una mezcla de quitina y fibroína, una proteína animal presente en la tela de araña. Su combinación ofrece propiedades mejores que las de los materiales primigenios. El Shirlk, explica, puede producirse a escala con técnicas utilizadas hoy por la industria. Sin embargo, y al igual que otros avances similares y tal como recoge una actualización de su investigación publicada en 2014 en la revista Macromolecular Materials and Engineering, es de tres a cuatro veces más caro que un plástico habitual.

Avances difíciles de aplicar

Huesos, cáscaras de huevos, panales… casi todo lo que uno quiera es susceptible de formar parte de un nuevo material bioinspirado. Sin embargo, su producción aún no ha llegado a un nivel comercial viable para aplicarse a gran escala, como requiere la construcción. La mayoría de investigaciones se concentran en el ámbito de la biomedicina y la ingeniería de tejidos. “Hay sectores en los que lógicamente se retrasa, como en las infraestructuras civiles como una presa”, detalla Guinea. El experto cuenta: “Si tengo que poner millones de metros cúbicos de algo que vale una fortuna, puede que no lo haga. Con esos volúmenes no hay manera de hacer grandes innovaciones rompedoras”.

Por lo tanto, parece que la industria biomimética y sus aplicaciones solo están dando “el primer paso hacia una revolución más grande”, explica Fernández. En su opinión, “el día que consigamos incluir componentes vivos y darle sus características a los objetos que tenemos, a cosas como edificios, realmente cambiará por completo la forma de construir y relacionarnos con ellos”.

¿De qué manera encajarían materiales así en el dominio del acero y el hormigón? “Es un caso interesante porque está muy estandarizado por códigos de edificación”, explica Oyen. En su opinión, trabajar con “nuevos materiales implicaría nuevos códigos y maquinaria. Sería disruptivo y por eso es fundamental ofrecer unas ventajas claras al respecto”.

Fernández explica que “desarrollar un material es un poco como caminar en la oscuridad”, las posibilidades son “prácticamente infinitas” y “hay un montón de materiales que hasta que no encuentran su uso no tienen la explosión que deberían tener”. Aun así, asegura que existe interés por parte de las empresas, especialmente por las que producen materiales. Puede que sus esfuerzos algún día den lugar a construcciones con superpoderes procedentes de la naturaleza.

Fuente:

MIT

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