Un nanopapel muy fino que cambia de firme a blando con sólo pulsar un botón
Las nanofibrilas de celulosa bioinspiradas pueden ser controladas por la electricidad
A la ciencia de los materiales le gusta tomar como modelo la naturaleza y las propiedades especiales de los seres vivos que podrían trasladarse a los materiales. Un equipo de investigación dirigido por el químico Andreas Walther, de la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia (JGU), ha conseguido dotar a los materiales de una propiedad bioinspirada: El nanopapel, muy fino y rígido, se convierte instantáneamente en blando y elástico con sólo pulsar un botón. "Hemos dotado al material de un mecanismo que permite modular su resistencia y rigidez mediante un interruptor eléctrico", explica Walther. En cuanto se aplica una corriente eléctrica, el nanopapel se ablanda; cuando el flujo de corriente se detiene, recupera su fuerza. Desde el punto de vista de las aplicaciones, esta capacidad de conmutación podría ser interesante para los materiales de amortiguación, por ejemplo. El trabajo, en el que también han participado científicos de la Universidad de Friburgo y del Grupo de Excelencia sobre "Sistemas de Materiales Vivos, Adaptativos y Energéticamente Autónomos"(livMatS), financiado por la Fundación Alemana de Investigación (DFG), se ha publicado en Nature Communications.
La rigidez del nanopapel de celulosa se altera con la aplicación de la corriente eléctrica.
© Andreas Walther
Inspiración del fondo marino: Un interruptor mecánico cumple una función protectora
La inspiración en la naturaleza procede en este caso de los pepinos de mar. Estas criaturas marinas tienen un mecanismo de defensa especial: Cuando son atacados por depredadores en su hábitat en el fondo del mar, los pepinos de mar pueden adaptarse y fortalecer sus tejidos de manera que su suave exterior se endurece inmediatamente. "Se trata de un comportamiento mecánico adaptativo que es fundamentalmente difícil de reproducir", afirma el profesor Andreas Walther. Con su trabajo publicado ahora, su equipo ha conseguido imitar el principio básico de forma modificada utilizando un material atractivo y un mecanismo de conmutación igualmente atractivo.
Los científicos utilizaron nanofibrilas de celulosa extraídas y procesadas de la pared celular de los árboles. Las nanofibrillas son aún más finas que las microfibras del papel estándar y dan lugar a un papel completamente transparente, casi como el cristal. El material es rígido y resistente, lo que resulta atractivo para las construcciones ligeras. Sus características son incluso comparables a las de las aleaciones de aluminio. En su trabajo, el equipo de investigación aplicó la electricidad a estos nanopapeles basados en nanofibras de celulosa. Mediante cambios moleculares especialmente diseñados, el material se vuelve flexible como resultado. El proceso es reversible y puede controlarse mediante un interruptor de encendido y apagado.
"Esto es extraordinario. Todos los materiales que nos rodean son poco cambiantes, no pasan fácilmente de rígidos a elásticos y viceversa. Aquí, con la ayuda de la electricidad, podemos hacerlo de forma sencilla y elegante", afirma Walther. El desarrollo se aleja así de los clásicos materiales estáticos y se acerca a materiales con propiedades que pueden ajustarse de forma adaptativa. Esto es importante para los materiales mecánicos, que pueden hacerse más resistentes a la fractura, o para los materiales amortiguadores adaptables, que podrían pasar de ser rígidos a flexibles cuando se sobrecargan, por ejemplo.
Un material con su propio almacenamiento de energía para el encendido y apagado autónomo
A nivel molecular, el proceso consiste en calentar el material aplicando una corriente y rompiendo así reversiblemente los puntos de reticulación. El material se ablanda en función de la tensión aplicada, es decir, cuanto más alta es la tensión, más puntos de reticulación se rompen y más blando se vuelve el material. La visión de futuro del profesor Andreas Walther comienza también en el punto de la alimentación eléctrica: Mientras que en la actualidad se necesita una fuente de energía para iniciar la reacción, el siguiente objetivo sería producir un material con su propio sistema de almacenamiento de energía, de modo que la reacción se desencadene esencialmente "de forma interna" en cuanto, por ejemplo, se produzca una sobrecarga y sea necesaria la amortiguación. "Ahora todavía tenemos que accionar el interruptor nosotros mismos, pero nuestro sueño sería que el sistema material fuera capaz de lograrlo por sí mismo".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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