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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.