Los materiales de vanguardia como el grafeno, una delgada lámina de carbono de solo un átomo de espesor, se están volviendo más livianos, más fuertes y más fáciles de producir cada día, ofreciendo un nuevo potencial para transformar las industrias de desalinización de agua a células solares y detección de enfermedades.
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Pero nuestros materiales artificiales aún carecen de una cualidad muy deseada que ocurre naturalmente en las raíces de las plantas y la piel humana: la capacidad de curarse a sí mismos.
Un equipo dirigido por Scott White en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign se propuso cambiar eso al agregar un sistema vascular artificial al plástico. La idea es llenar las pseudo-venas del material con líquidos químicamente reactivos para que cuando el plástico se rasgue, las sustancias puedan combinarse y solidificarse como la sangre de coagulación, protegiendo el objeto de daños mayores.
En un video de demostración, el equipo prueba la técnica en un bloque de plástico, bombeando dos líquidos a través de canales separados hacia el objeto antes de perforar el material con un taladro de 4 milímetros. La herida de perforación creó grietas que liberaron los canales de líquido, pero gracias al sistema vascular, los líquidos se filtraron en el agujero y las grietas, en 20 minutos formando un gel espeso que evitó que el daño se extendiera. Según el equipo, el gel se solidificó en cuestión de tres horas y finalmente se reparó a sí mismo para ser aproximadamente un 60 por ciento tan fuerte como el material original.
Los investigadores prevén el uso de la tecnología para proteger todo, desde equipos militares hasta materiales de construcción, lo que podría ahorrar tiempo y mano de obra en situaciones de emergencia o sitios de trabajo de difícil acceso.
El proceso de mezcla química y solidificación puede sonar familiar para cualquiera que haya usado resina epoxi comprada en una ferretería. Pero Brett Krull, coautor de la investigación, dice que el equipo se ha alejado de los epóxicos, en gran parte debido a sus lentos tiempos de reacción.
Aunque produce un efecto similar a los epóxicos, el nuevo plástico ayuda a reparar el daño debe ser más rápido, dice Krull.
La diferencia fundamental:
"Diseñamos nuestro sistema para experimentar dos transiciones diferentes", mientras que la resina epoxi funciona de manera diferente, dice Krull. "Dos reacciones químicas se inician tan pronto como ocurre la mezcla, pero ocurren en escalas de tiempo muy diferentes".
Krull dice que la primera reacción convierte la mezcla en un gel suave en 30 segundos. Esto mantiene los productos químicos en su lugar dentro del área dañada y al mismo tiempo permite la entrega de más líquidos en el orificio o grieta hasta que se haya llenado. La segunda reacción, que convierte los químicos en un sólido, ocurre después, a una velocidad que puede controlarse cambiando la composición y las concentraciones de los químicos.
"Nuestra química no se acerca a la complejidad de un sistema natural", dice Krull, "pero hemos diseñado un sistema con una respuesta al daño que depende del tiempo".
White y su equipo han demostrado la capacidad de curar grietas microscópicas de una manera diferente en el pasado, utilizando epoxi y microesferas incrustadas. Pero el nuevo enfoque vascular permite la reparación a una escala mucho mayor. La técnica podría usarse para reparar una herida en el costado de un taladro submarino, por ejemplo, o una marca de viruela en una nave espacial que colisiona con un meteorito.
Los investigadores aún enfrentan desafíos a medida que continúan desarrollando los materiales auto audibles, incluida la forma de aumentar la efectividad de las redes vasculares en el material (plástico en este caso) sin reducir significativamente su resistencia o rendimiento. El equipo también quiere dar al material la capacidad de curarse de múltiples "heridas" con el tiempo.
Es probable que los químicos también tengan que ajustarse para manejar áreas de daño más grandes. Según New Scientist, los agujeros en el material que tenían más de 8 mm causaron que los químicos se hundieran. El equipo cree que usar espuma en los canales en lugar de líquido permitirá que el material sane áreas más grandes, aunque los investigadores aún no han probado esa opción.
Krull dice que también buscarán hacer que el material sea efectivo en diferentes entornos, como temperaturas extremas, bajo el agua o en el espacio. (Hasta ahora, las pruebas se han realizado principalmente en el laboratorio).
Si bien la tecnología algún día llegará a los productos de consumo, no espere que estos materiales de autocuración reparen mágicamente la parte trasera de su iPhone o el parachoques de su automóvil todavía. La tecnología aún se encuentra en las primeras etapas de desarrollo, dice Krull. Y debido a que la investigación está financiada por la Fuerza Aérea de los EE. UU., Es probable que se use primero en aviones de combate, tanques o naves espaciales, junto con dispositivos que son difíciles de reparar, como equipos de perforación submarina.
Pero ese es solo el comienzo de lo que el material podría hacer, dice Krull.
"La versión actual es más como una cicatriz ya que el material curado no es tan bueno como el original", dice Krull. "Nuestro objetivo a larga distancia es desarrollar un polímero verdaderamente regenerativo donde el material perdido por un evento de daño se pueda reemplazar con material de la misma composición".
