Oleg Gang es un forofo de las películas de 'Iron Man'. Uno muy especial, único entre la vasta cohorte de seguidores de Tony Stark. El motivo es sencillo. En su calidad de científico de nanomateriales, Gang se ha planteado de qué forma podría mejorar la armadura de su super héroe favorito, si habría algún modo de reforzarla y a la vez volverla más liviana, dos características que a menudo se excluyen entre sí. Ahora puede presumir de haberlo logrado. Junto a un grupo de investigadores ha desarrollado un nuevo material cinco veces más ligero y cuatro más fuerte que el acero echando mano de dos ingredientes igual de peculiares: ADN y vidrio.
Sus características le abren un mundo de posibilidades. Uno en el que las fantasías de Gang sobre cómo mejorar la coraza de Iron Man es la menor de todas.
La cuadratura del círculo. Eso es más o menos lo que buscaba el equipo de investigadores de las universidades de Connecticut y Columbia y el Laboratorio Nacional de Brookhaven que han estado trabajando en el desarrollo de un nuevo material, uno capaz de aunar dos cualidades que suelen excluirse entre sí: ligereza y resistencia. Y si bien el desafío no era sencillo, no les ha ido nada mal. Hace unas semanas publicaron en Cell Reports Physical Science un artículo en el que explican cómo han fabricado nanoestructuras de sílice 3D con una resistencia notable.
¿Y por qué ese empeño? Por su gran potencial. Resistencia y liviandad tal vez no sea una mezcla fácil de lograr, pero lo que sí resulta es prometedora. Materiales fuertes y ligeros son los que nos han permitido desarrollar chalecos antibalas cada vez más manejables, mejores dispositivos médicos e incluso coches y aviones más rápidos y seguros. Como recuerdan desde la Universidad de Connecticut (Uconn), de hecho, "la forma más sencilla" de reforzar la autonomía de los coches eléctricos no pasa por dotarlos de baterías cada vez más grandes, sino por lograr que la estructura del automóvil sea más liviana sin sacrificar su seguridad.
Jugando con ADN y vidrio. Lo sé, tampoco esa mezcla resulta demasiado ortodoxa; pero esos son los "bloques de construcción" con los que han trabajado Gang y sus compañeros. Lo que han hecho básicamente es construir una estructura de ADN y recubrirla después con vidrio hasta crear un material sorprendente, que destaca por dos peculiaridades: su elevada resistencia y baja densidad.
"Fabricamos estructuras de sílice con elementos de ∼4 a 20 nm de espesor utilizando autoensamblaje y templado de sílice de nanoredes de origami de ADN", detallan en su artículo. En cierto modo, la estructura de ADN autoensamblable que crearon recuerda a las construcciones formadas con piezas del juego Magna-Tiles. Esos fragmentos encajan entre sí hasta formar un esqueleto, una especie de armazón de ADN que luego se encargaron de recubrir con vidrio.
¿Recubiertas de vidrio? Así es. Quizás resulte chocante que en su búsqueda de estructuras resistentes los investigadores hayan optado al vidrio, un material que se fractura con facilidad, pero tiene más sentido de lo que pueda parecer. Como recuerdan desde la Uconn, el vidrio se rompe habitualmente por defectos en su estructura, como grietas, rasguños o incluso la simple falta de átomos.
Si logramos sacar todos esos fallos de la ecuación obtenemos piezas de una resistencia más que notable. De hecho un centímetro cúbico sin mermas es capaz de soportar una presión de 10 toneladas, más del triple de la que hizo implosionar al submarino Titan cuando descendía hacia los restos del Titanic. No es fácil lograr una pieza de vidrio así, pura, pero los investigadores jugaban con varias ventajas: se movían en el terreno de la escala microscópica y, subraya la Uconn, "mientras el grosor del vidrio sea inferior a un micrómetro, casi siempre será perfecto".
¿Y cuál fue el resultado final? Otra de las ventajas del material es que su densidad es mucho menor que la de los metales y cerámica, lo que influye en las estructuras en las que se aplica. "Cualquier estructura hecha de vidrio de tamaño nanométrico impecable debe ser fuerte y liviana", explica la universidad. Una vez la estructura de ADN estuvo lista, Gang y su colega de la Universidad de Columbia, Aaron Mickelson, lo recubrieron con una capa muy delgada de material similar al vidrio de solo unos cientos de átomos de espesor. El resultado fue una estructura con parte de su volumen vacío, como una casa llena de habitaciones.
Esa combinación de esqueleto de ADN, espacios vacíos y una finísima capa de vidrio dotaron al material resultante de unas cualidades notables: sus estructuras de nanorrejillas eran cuatro veces más resistentes que el acero con una densidad cinco veces menor. "Esta combinación inusual de ligereza y alta resistencia nunca se había logrado antes", aseguran los autores de la investigación.
Enormes oportunidades… Y Iron Man. "La capacidad de crear nanomateriales de estructura 3D diseñados utilizando ADN y mineralizarlos abre enormes oportunidades para la ingeniería de propiedades mecánicas —añade Gang—. Aún se necesita mucho trabajo de investigación antes de que podamos utilizarlo como tecnología". Por lo pronto, el equipo trabaja en nuevas formas de reforzar su material: quiere experimentar con diferentes estructuras de ADN para comprobar cuál permite conseguir un material más fuerte y también ha utilizado la misma construcción de ADN combinada con cerámicas de carburo, en vez de vidrio.
Alicientes tienen para seguir avanzando. Los materiales basados en su concepto, que ofrecen resistencia con un peso liviano, resultan prometedores para el ahorro de energía por ejemplo en la automoción. También invitan a soñar. "Soy un gran admirador de las películas de Iron Man y siempre me he preguntado cómo crear una mejor armadura. Nuestras nanoredes de vidrio serían mucho mejores que cualquier otro material estructural para crearla", bromea el científico.
Imagen de portada: Universidad de Connecticut
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