La biomimética sigue siendo fuente de inspiración para el desarrollo de nuevos materiales. Científicos de la ETH Zurich han desarrollado materiales que se deforman de manera controlada en respuesta a estímulos externos controlados. Para ello se han ayudado del conocimiento de estructuras naturales que reproducen este comportamiento para diferentes propósitos.
Las piñas (conos de las coníferas), por ejemplo, repliegan sus escamas leñosas sobre ellas mismas en respuesta a la humedad, y se abren de nuevo cuando se secan. Este comportamiento responde a la presencia en las escamas de dos capas firmemente conectadas. Aunque ambas capas presentan los mismos componentes (que se hinchan ante la presencia de agua), se expanden en diferentes direcciones debido a la orientación de las fibras rígidas que se encuentran en las diferentes capas. Como resultado, cuando las escamas se mojan, sólo una de las dos capas se expande en la dirección longitudinal de la escama al tiempo que sus laterales se doblan, permitiendo que las escamas adyacentes se acoplen y “cierren” la superficie de la piña.
André Studart, profesor de materiales complejos en el Departamento de Materiales de la ETH Zurich, y su grupo han aplicado este conocimiento para producir un material compuesto de propiedades comparables. Para ello, utilizan una matriz de gelatina (la cual se hincha con la humedad) a la que se añaden placas ultrafinas de óxido de aluminio como componente rígido. La superficie de estas placas se recubre previamente con nanopartículas de óxido de hierro para que sean magnéticas. Esto permite alinear las plaquetas en la dirección deseada usando un débil campo magnético rotativo. Cuando la primera capa se enfría y endurece, se aplica una segunda con la misma composición pero con los elementos rígidos alineados en otra dirección.
El material de doble capa se corta en tiras. Dependiendo de la dirección del corte en comparación con la dirección de los elementos rígidos en las piezas de gelatina, el material reproduce distintos comportamientos (hélices, espirales…). “Podemos programar la forma que una tira debería tomar con bastante precisión”, explica Studart.
El grupo de investigación ha realizado pruebas con tiras más largas que presentan comportamientos distintos en secciones diferentes, así como con componentes distintos (polímeros) que reaccionan tanto a la humedad como a la temperatura, girando en distintas direcciones. Según Studart, cualquier material que presente una cierta respuesta a los estímulos externos puede ser utilizado como matriz, en función de la aplicación deseada. Lo mismo sucede con las placas rígidas, que en cualquier caso están recubiertas con óxido de hierro.
Algunas de las posibles aplicaciones de estos materiales incluyen piezas cerámicas que se puedan “auto-conformar” o implantes médicos biodegradables de precisión, que se activen sólo cuando están en la parte del cuerpo adecuada.
Foto | Prof. André Studart, ETH Zurich / flickr.com