Los geckos son francamente inspiradores. Estos reptiles no solo son lindos, coloridos y expertos en la venta de seguros de automóviles, sino que su súper pegajosidad ha estado desconcertando a los humanos durante milenios. Gracias a los pies adhesivos y a una manipulación aguda de los enlaces moleculares, los geckos pueden escalar paredes verticales con facilidad e incluso pueden colgarse boca abajo de las superficies. Ahora, sus miembros pegajosos han inspirado un nuevo dispositivo que podría ayudar (¿Humanos? ¿Robots? ¿Quisiera un nombre aquí?) Para levantar y soltar cosas con el interruptor de una luz.
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Los poderes prodigiosos de los pies de gecko han desconcertado a los científicos hasta hace unos 15 años. Fue entonces cuando los investigadores descubrieron que estos animales explotaban la fuerza relativamente débil de Van der Waals para adherirse a las superficies y retirarse con facilidad. A diferencia de una fuerza magnética más fuerte, la fuerza de Van der Waals resulta del desequilibrio en las cargas entre diferentes moléculas, creando una atracción suelta. Al usar millones de pelos minúsculos en sus pies, cada uno de los cuales puede orientarse en una determinada dirección y ser atraído por la fuerza de Van der Waals, los geckos pueden crear una fuerza adhesiva poderosa pero también reversible.
Hace cinco años, el zoólogo de la Universidad de Kiel, Stanislav Gorb, usó las ideas sobre el cabello de gecko para crear una cinta de silicona tan fuerte que una pieza de 64 pulgadas cuadradas pudo sostener fácilmente a un adulto de tamaño completo colgado del techo. A diferencia de la cinta normal, también se puede separar y volver a colocar varias veces sin perder su adherencia. A finales de 2015, el trabajo de Gorb ayudó a llevar a la comercialización de la "cinta de gecko". Aunque el producto ha tenido un uso limitado hasta ahora, se puede encontrar en una marca de pantalones de equitación canadienses para ayudar a los ciclistas a mantenerse en sus sillas de montar, y ha encontrado un entusiasta inversor en el fundador de PayPal, Peter Thiel.
Pero descubrir qué hacía que los pies de gecko fueran tan pegajosos solo resolvió la mitad del problema.
"Los animales no solo se adhieren, sino que también [se desprenden] al usar estas estructuras adhesivas", dice Emre Kizilkan, Ph.D. estudiante de ingeniería de materiales en la Universidad de Kiel. Todo lo que los geckos deben hacer es inclinar su pie o incluso solo los pelos de manera diferente y el pie se levantará, por ejemplo. Trabajando bajo Gorb, Kizilkan quería reemplazar los movimientos musculares utilizados por los geckos para controlar su adherencia con algún tipo de "interruptor" que los humanos pudieran explotar fácilmente. Su solución: la luz.
Después de todo, la luz es una fuente de energía limpia y gratuita que se puede controlar fácilmente desde la distancia. Esto lo hace "muy adecuado para una micromanipulación precisa", dice Kizilkan.
Usando la cinta de gecko ya disponible comercialmente, Kizilkan fijó la cinta a una película de elastómeros cristalinos líquidos, una sustancia hecha de cadenas de polímeros que se alargan cuando se exponen a la luz ultravioleta. El alargamiento tira de los pelos de la cinta de gecko artificial a una posición donde pierden su atracción. La cinta luego se desprende de lo que sea que se estuviera adhiriendo, según un artículo publicado la semana pasada en la revista Science Robotics .
Cuando se expone a la luz UV, la estructura molecular utilizada en el dispositivo de los investigadores se da nueva forma, doblando la cinta de gecko del elemento adjunto. (Emre Kizilkan y Jan Strueben / Science Robotics) En los videos creados por los investigadores, su "dispositivo de transporte microestructurado fotocontrolable bioinspirable" (BIPMTD) pudo recoger placas de vidrio e incluso tubos de ensayo y soltarlas fácilmente después de que una luz ultravioleta brillara sobre ella.
"Este material puede hacer dos cosas juntos", dice Kizilkan: ambos se pegan y se sueltan. Él imagina que la cinta de gecko activada por luz es una bendición para el trabajo de laboratorio delicado, la fabricación industrial y posiblemente incluso para que los robots transporten materiales. Como solo un ejemplo, podría usarse para transportar productos químicos tóxicos en un tubo de ensayo y arrojarlos de manera segura en otra área sin que intervengan manos humanas. O podría permitir que alguien escale una pared con solo cinta de gecko y una luz. Los robots de rescate algún día podrían usar la tecnología para subir a edificios dañados y salvar personas.
La colaboradora Anne Staubitz, bioquímica de la Universidad de Bremen, espera trabajar en el futuro modificando el BIPMTD para usar longitudes de onda de luz más largas y menos dañinas, y con suerte avanzar en el desarrollo de un producto en los próximos años.
El investigador de ingeniería de la Universidad de Stanford, Mark Cutkosky, que no participó en esta investigación, recuerda haber visto una adhesión inspirada en gecko controlada por fuerzas magnéticas, electrostáticas y de otro tipo, pero este es el primer uso de luz que ha visto. Si bien le gusta ver el nuevo desarrollo y los potenciales que trae, Cutkosky dice que le gustaría ver más pruebas de la durabilidad del BIPMTD y qué tan bien puede escalar a las grandes fuerzas y pesos que se usarían en robótica y fabricación.
Aaron Parness, un investigador de robótica del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, ha ayudado a diseñar tecnología de agarre inspirada en gecko que los astronautas podrían usar para montar sensores y caminar a través de naves espaciales sin arneses voluminosos. Parness está de acuerdo con Cutkosky en los desafíos que el BIPMTD necesitaría superar.
"Hace diez años, todos pensábamos que hacer el material inspirado en gecko era el mayor desafío, y fue un desafío muy grande, pero en los últimos años ha quedado claro que los mecanismos que usamos para aprovechar el gecko-inspirado las propiedades de los materiales también son un gran desafío ", dice Parness, que no participó en esta investigación. "Es otro sistema por el cual podemos darnos cuenta del gran potencial de los adhesivos inspirados en gecko".
