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Biomimética: bañadores que imitan la piel del tiburón y mucho más

Mario HoyosPor Mario Hoyos (CSIC)*

Muchas de las grandes innovaciones científicas se basan en la imitación de la naturaleza. La fascinante habilidad de determinados seres vivos para adherirse a las superficies, repeler el agua, endurecer la piel o generar energía a partir de la luz solar ha inspirado investigaciones punteras en el marco de lo que se conoce como biomimética. El término, que literalmente significa imitar la vida, fue introducido por el estadounidense Otto Schmitt en la década de 1950, cuando estudiaba el desarrollo de dispositivos electrónicos tomando como base el sistema nervioso del calamar.

Una de las áreas más beneficiadas por la biomimética ha sido la Ciencia de Materiales. El antecedente más conocido es el famoso velcro que en 1955 patentó el ingeniero suizo George de Mestral. El invento llegó después de haber estudiado la estructura de las flores de cardo y la gran adherencia que desarrollan en todo tipo de tejidos, debida a la multitud de ganchillos que actúan como resistentes garfios.

Los ganchillos del velcro (derecha) imitan a los del cardo (izquierda) / Zephyris - Olivepixel

Los ganchillos del velcro (derecha) imitan a los del cardo (izquierda) / Zephyris – Olivepixel

En la misma línea, las patas de algunas salamanquesas han inspirado la creación de estructuras superficiales con extraordinarias propiedades. Estos animales pueden adherirse a casi cualquier superficie gracias al entramado microscópico de las almohadillas de sus extremidades. Dicho entramado está compuesto por unos pelos muy finos (denominados setae), de tan sólo 0,1 mm de longitud, que terminan en pequeñísimas ramificaciones en forma de espátula. Pese a su diminuto tamaño, las setae de las patas de un Gecko Tokay macho de 70 gramos tienen una fuerza adhesiva que teóricamente podría sostener un peso de unos 133 kilos. Esto es debido a la denominada  fuerza de Van der Waals. En 2005, investigadores de la Universidad de Akron y del Instituto Politécnico Rensselaer (EEUU) crearon una estructura de setae sintética con nanotubos de carbono con la que se han obtenido mejores propiedades incluso que las de los gecko naturales.

La extraordinaria capacidad de adherencia del camaleón se debe a los finísimos pelos de sus extremidades  / Bjørn Christian Tørrissen

La extraordinaria capacidad de adherencia de las salamanquesas se debe a los finísimos pelos de sus extremidades / Bjørn Christian Tørrissen

La repelencia al agua es otra propiedad de las superficies que se ha desarrollado extraordinariamente gracias a la biomimética. La rugosidad a escala molecular de la flor de loto ayuda a mantener en la parte superior de sus hojas hasta la más minúscula gota de agua, que resbala por su superficie por pequeñas que sean su masa e inercia. Esta ventaja evolutiva permite la ‘autolimpieza’ de sus hojas, ya que las gotas, cuando resbalan repelidas, arrastran las minúsculas partículas y bacterias que supondrían una amenaza para su supervivencia. Gracias al diseño biomimético, varios laboratorios y compañías han emulado la repelencia al agua o superhidrofobia de la flor de loto para crear superficies, pinturas y recubrimientos que se limpian con agua sin necesidad de detergente. No es descabellado imaginar azoteas y edificios recubiertos con pintura blanca (con mayor capacidad para reflejar la luz solar y, por tanto, reducir el efecto invernadero) que a la vez incorpora el ‘efecto loto’ para limpiarse con la única ayuda del agua de lluvia.

El modelo por excelencia que aúna repelencia al agua y diseño es la piel del tiburón: perfecto ejemplo natural de estructura hidrodinámica adaptada al movimiento en el agua. La piel de los escualos está cubierta por pequeñas escamas dentadas, cuya estructura varía en función del lugar que ocupan. A partir de esta característica se han creado bañadores de competición que reducen la fricción al máximo y la energía necesaria para desplazarse.

Bañador

Tomando como modelo la piel del tiburón, se han diseñado bañadores de alta competición / Albert kok – Wikipedia

La adhesión y la repelencia al agua no son las únicas propiedades que se han estudiado. La ciencia se fija en la naturaleza para buscar respuestas a necesidades sanitarias, energéticas o para desarrollar materiales inteligentes y tejidos capaces de cambiar de estructura blanda a rígida en cuestión de segundos. Y no es ciencia ficción. Pero eso, os lo contaremos otro día…

 

* Mario Hoyos es investigador Marie Curie del grupo HEMPOL del Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros del CSIC.

3 comentarios

  1. Dice ser Chus

    El tema de los materiales biomiméticos me parece muy interesante y da mucho de sí. Precisamente hace unos días estuve viendo un capítulo de una serie documental presentada por Stephen Hawking y desarrollada por otros científicos, El Futuro por Stehen Hawking se llama, en el que hablaban de varios temas. Uno de ellos es una cinta adesiva que han desarrollado basandose en las patas del gecko y que previsiblemente estará en el mercado en dos o tres años. Literalmente te puedes hacer unos guantes/calcetines con ella y trepar por muros y cristales como el mismísimo spiderman. Lo curioso es que no tiene pegamento de ningún tipo y si tiras de un lado no se despega ni a tiros, mientras que si tiras del otro sale sin problema y sin dejar residuos.
    A ver si desentrañan de una vez todos los secretos de la fotosíntesis, de los que solo han conseguido reproducir una parte en el laboratorio. Sería una solución limpia e ideal para la crisis energética.

    Un saludo.

    P.D.: A modo de puntilla tocanarices… ¿La piel del tiburón no será más bien hidrodinámica que aerodinámica? Lo digo por la escasez de tiburones voladores que hay… ;oP

    17 julio 2014 | 10:15

  2. Dice ser eso es trampa, ¿no?

    Menos desnudos todo sea bueno.
    Si se busca justicia, verdad, poder de cuerpo humano, ¿por qué no nadan sin ropa?
    Ahhhh, amiiiiigo, eso no. Ver cosas así en la tele no es sano, no. EL cuerpo es indigno, y ase sabe, ¿verdad? El cuerpo es el enemigo, desde Torquemada o antes. Claro, el cuerpo hay que cubrirlo.
    Mejor ver bombas, gente muerta por bestialidades, animales igualmente, hacer fiesta de barbaridades crueles… Pero el cuerpo, que vaaaa, eso es lo peor del Universo para una especie tan digggggna de “cerebro”.
    Yo no sé cómo no lo dejan en el congelador y salen sólo con sus ideas preciosas y sanas, valiosas, superiores. Yo no sé cómo soportan el cuerpo siempre encima, siendo algo tan obsceno, tan malvado, tan sucio, tan ruin, tan antinatura, tan, tan, tam tam tam piedrea piedra tam tam palo pala palo. tam tam.
    Ver tiroteos, destrozos de guerras, humanos sufriendo, torturados, muertos en zanjas como hace poso se vio, abusados, destruidos, incluso en los juegos, violencia, violencia, eso sí lo tienen a bien emitirlo en informativos….
    ¿Educación sexual? ¿Y eso qué es cuando no hacen sino saltar como locos incluso cuando la juventud se divierte? Querrán tla vez que sea el humano una piedra, queita, que no se mueva, como la TIerra de sus sueños perdidos.

    17 julio 2014 | 12:10

  3. Dice ser Mar Gulis

    Gracias, Chus, por el comentario. Ya lo hemos corregido.

    Desde el Museo Nacional de Ciencias Naturales nos llega otra consideración: investigaciones recientes ponen en cuestión que la adherencia de las salamanquesas se deba a la fuerza de Van der Waals y la atribuyen a fuerzas electrostáticas. Podéis ampliar la información aquí: https://www.sciencenews.org/article/gecko-adhesion-takes-electric-turn

    18 julio 2014 | 09:47

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