Teléfono, repárate a ti mismo
Paul Rincon
BBC Ciencia
Irremediablemente, en algún momento la pantalla de su celular se agrietará, sus zapatos de deporte quedarán inservibles o aparecerán grietas en las paredes de su hogar, y sustituir o reparar estos elementos tendrá un costo.
¿Pero qué pasaría si estos fueran fabricados con materiales capaces de repararse a si mismos? Tal y como lo hacen, por ejemplo, plantas y animales.
La ciencia augura que muy pronto todo esto será posible gracias al uso de materiales autorreparables que ya se ensayan comercialmente.
Pero en realidad fue un estudio liderado en 2001 por Scott White de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, Estados Unidos, lo que detonó una fiebre investigadora en este campo.
El grupo puso a prueba un polímero similar al plástico con cápsulas microscópicas conteniendo un agente líquido sanador. Una brecha en el material provocaba que las cápsulas se rompieran, liberando el agente.
Cuando esta sustancia entraba en contacto con un catalizador presente en el material, una reacción química volvía a unir las dos paredes de la grieta. El polímero recuperó así el 75% de su dureza original.
En la última década, el equipo ha desarrollado y refinado sus sistemas basados en cápsulas, y recientemente presentaron un circuito eléctrico que se repara a si mismo al dañarse.
Microcápsulas en el circuito de oro liberan metal líquido en respuesta a un daño, reparando así su conductividad eléctrica y dando un paso más hacia un futuro de chips que se arreglan solos.
El coautor del estudio Benjamin Blaiszik, quien ahora trabaja en el Laboratorio Nacional Argonne de Estados Unidos, explicó que el circuito podría tener aplicaciones en el ámbito militar o espacial.
"Imaginen que se da un fallo mecánico de un microchip del robot Curiosity debido a un estrés termomecánico, o que se diera un fallo de interconexión en la fase de aterrizaje. Obviamente, no hay forma de repararlo manualmente o sustituir la sonda".
El equipo de Illinois ya está comercializando su trabajo a través de la empresa Autonomic Materials, que ha reunido ya US$4 millones en inversiones.
Su jefe ejecutivo, Joe Giulani, explicó a la BBC que las primeras aplicaciones de los sistemas de microcápsulas aparecerán en coberturas, pinturas y adhesivos para entornos donde la corrosión supone un problema, ya que según apuntó, "en el mundo, la corrosión cuesta más de US$500.000 millones al año, así que es un enorme problema".
Con estos materiales, las plantas extractoras y otros elementos podrían durar muchos años más que aquellos fabricados con materiales convencionales, alargando el intervalo de tiempo entre obras de mantenimiento.
Los vehículos militares, autos y buques también podrían beneficiarse de las coberturas autoreparadoras. Autonomic Materials ya está poniendo a prueba hasta 30 productos con este fin y espera enviar sus primeros pedidos comerciales en los próximos seis meses.
Algunos fabricantes podrían no estar contentos con productos que duren muchos más años que los convencionales, pero los productores de pinturas y coberturas "saben que pueden ganar más por cada galón de pintura que venden", asegura Giulani. "Los clientes nos han demostrado que están dispuestos a pagar por el costo añadido".
Según explicó Scott White a la BBC esta línea de investigación ha atraído un enorme interés en la última década, con cerca de 200 estudios académicos publicados sobre el tema tan sólo el último año.
Científicos trabajan en todo lo que va desde polímeros reparables a materiales compuestos (hechos a partir de dos o más materiales) para reparar metales y cerámicas.
Desde 2001, dos nuevas líneas de investigación han incorporado el uso de microcápsulas.
Tomando como ejemplo el sistema circulatorio biológico, se han creado materiales con sistemas vasculares basados en una red de canales (como capilares, venas y arterias) dentro del material para liberar un agente reparador en el lugar dañado.
Otros sistemas explotan la naturaleza de ciertos químicos para incorporar estas propiedades reparadoras directamente en el material.
Las microcápsulas son finitas: a medida que se usan, el material pierde la capacidad de repararse, mientras que los sistemas intrínsecos necesitan un estímulo, como someterlos al calor o a la luz, para disparar el efecto reparador, lo que puede ser bueno o malo dependiendo de cómo se use.
Si el daño es microscópico, los sistemas de microcápsulas pueden ser la mejor opción, pero según señala White, "si el volumen de daño es más grande, ninguno de estos sistemas van a funcionar, asi tienes que apelar a un sistema vascular".
Esto se debe a que estos sistemas permiten transportar a la zona dañada mayores cantidades del agente sanador. No obstante, tienen el inconveniente de que son sistemas muy complejos.
El profesor Ian Bond y su colega el Dr. Richard Trask de la Universidad de Bristol, en Reino Unido, están desarrollando materiales para ser utilizados en aviones.
Los materiales contienen redes vasculares hechas a base de fibras huecas que transportan el agente sanador a través de materiales compuestos de polímeros.
El equipo de Bristol estudia usarlo áreas sometidas a fuerte estrés dentro de la "piel" del avión. "La autorreparación en este tipo de áreas es potencialmente muy atractiva porque sabes que vas a tener grietas ahí", apunta. Pero el reto va a ser el convencer a las autoridades del valor y la seguridad de esta tecnología.
En la Universidad Case Western Reserve de Cleveland, en Estados Unidos, el profesor Stuart Rowan ha desarrollado un material a base de polímeros que se repara a si mismo cuando se le somete a un flujo intenso de luz ultravioleta.
"Podemos imaginar una pintura para autos que pueda repararse sola aunque alguien haga una rayadura con una llave de lado a lado del auto".
Paralelamente, Henk Jonkers y Erik Schlangen de la Universidad de Tecnología Delft, en Holanda, trabajan en uno de los materiales más usados en el mundo: el cemento.
El cemento presenta un problema importante, ya que tiende a agrietarse, lo que hace que se filtren químicos y agua con efectos corrosivos.
Pero ellos han incorporado en la mezcla de hormigón una bacteria inofensiva productora de mineral calcita junto con nutrientes.
Cuando el agua activa las esporas durmientes, los microbios se alimentan de los nutrientes y producen piedra caliza, reparando así grietas y agujeros.
A largo plazo, Scott White augura la existencia de materiales que respondan a daños de forma más compleja, que se renueven a si mismos como lo hacen los huesos.
"Podríamos hacer mucho más con lo que tenemos... El modo en que actualmente hacemos compuestos con fibras y capas planas apuntan a la misma dirección", destaca Ian Bond por su parte.
"Sólo estamos empezando a entender cómo la naturaleza hace lo que hace con estos materiales básicos".
Fiebre investigadora
La idea de desarrollar este tipo de tecnología se remonta a la década de los 60, cuando académicos soviéticos empezaron a hablar sobre el tema.Pero en realidad fue un estudio liderado en 2001 por Scott White de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, Estados Unidos, lo que detonó una fiebre investigadora en este campo.
Los avances en materiales podrían permitir la fabricación de pantallas de celulares que puedan arreglarse automáticamente.
Cuando esta sustancia entraba en contacto con un catalizador presente en el material, una reacción química volvía a unir las dos paredes de la grieta. El polímero recuperó así el 75% de su dureza original.
En la última década, el equipo ha desarrollado y refinado sus sistemas basados en cápsulas, y recientemente presentaron un circuito eléctrico que se repara a si mismo al dañarse.
Microcápsulas en el circuito de oro liberan metal líquido en respuesta a un daño, reparando así su conductividad eléctrica y dando un paso más hacia un futuro de chips que se arreglan solos.
El coautor del estudio Benjamin Blaiszik, quien ahora trabaja en el Laboratorio Nacional Argonne de Estados Unidos, explicó que el circuito podría tener aplicaciones en el ámbito militar o espacial.
"Imaginen que se da un fallo mecánico de un microchip del robot Curiosity debido a un estrés termomecánico, o que se diera un fallo de interconexión en la fase de aterrizaje. Obviamente, no hay forma de repararlo manualmente o sustituir la sonda".
Primeros usos: gas y petróleo
Muy pronto estos materiales podrían empezar a usarse en plantas de extracción de gas y petróleo.
Su jefe ejecutivo, Joe Giulani, explicó a la BBC que las primeras aplicaciones de los sistemas de microcápsulas aparecerán en coberturas, pinturas y adhesivos para entornos donde la corrosión supone un problema, ya que según apuntó, "en el mundo, la corrosión cuesta más de US$500.000 millones al año, así que es un enorme problema".
Con estos materiales, las plantas extractoras y otros elementos podrían durar muchos años más que aquellos fabricados con materiales convencionales, alargando el intervalo de tiempo entre obras de mantenimiento.
Los vehículos militares, autos y buques también podrían beneficiarse de las coberturas autoreparadoras. Autonomic Materials ya está poniendo a prueba hasta 30 productos con este fin y espera enviar sus primeros pedidos comerciales en los próximos seis meses.
Algunos fabricantes podrían no estar contentos con productos que duren muchos más años que los convencionales, pero los productores de pinturas y coberturas "saben que pueden ganar más por cada galón de pintura que venden", asegura Giulani. "Los clientes nos han demostrado que están dispuestos a pagar por el costo añadido".
Aviones y equipos deportivos
Microcápsulas liberan un agente reparador cuando el material se daña.
Científicos trabajan en todo lo que va desde polímeros reparables a materiales compuestos (hechos a partir de dos o más materiales) para reparar metales y cerámicas.
Desde 2001, dos nuevas líneas de investigación han incorporado el uso de microcápsulas.
Tomando como ejemplo el sistema circulatorio biológico, se han creado materiales con sistemas vasculares basados en una red de canales (como capilares, venas y arterias) dentro del material para liberar un agente reparador en el lugar dañado.
Otros sistemas explotan la naturaleza de ciertos químicos para incorporar estas propiedades reparadoras directamente en el material.
Pros y contras
Todos estos métodos tienen ventajas y limitaciones que cobran importancia dependiendo de qué aplicación tendrán.Las microcápsulas son finitas: a medida que se usan, el material pierde la capacidad de repararse, mientras que los sistemas intrínsecos necesitan un estímulo, como someterlos al calor o a la luz, para disparar el efecto reparador, lo que puede ser bueno o malo dependiendo de cómo se use.
Si el daño es microscópico, los sistemas de microcápsulas pueden ser la mejor opción, pero según señala White, "si el volumen de daño es más grande, ninguno de estos sistemas van a funcionar, asi tienes que apelar a un sistema vascular".
Esto se debe a que estos sistemas permiten transportar a la zona dañada mayores cantidades del agente sanador. No obstante, tienen el inconveniente de que son sistemas muy complejos.
Aviones que se arreglan solos
Científicos británicos creen que el avance podría tener aplicaciones en la aviación.
Los materiales contienen redes vasculares hechas a base de fibras huecas que transportan el agente sanador a través de materiales compuestos de polímeros.
El equipo de Bristol estudia usarlo áreas sometidas a fuerte estrés dentro de la "piel" del avión. "La autorreparación en este tipo de áreas es potencialmente muy atractiva porque sabes que vas a tener grietas ahí", apunta. Pero el reto va a ser el convencer a las autoridades del valor y la seguridad de esta tecnología.
En la Universidad Case Western Reserve de Cleveland, en Estados Unidos, el profesor Stuart Rowan ha desarrollado un material a base de polímeros que se repara a si mismo cuando se le somete a un flujo intenso de luz ultravioleta.
"Podemos imaginar una pintura para autos que pueda repararse sola aunque alguien haga una rayadura con una llave de lado a lado del auto".
Concreto con bacterias
Este cemento contiene bacterias capaces de reparar grietas y agujeros una vez entran en contacto con agua.
El cemento presenta un problema importante, ya que tiende a agrietarse, lo que hace que se filtren químicos y agua con efectos corrosivos.
Pero ellos han incorporado en la mezcla de hormigón una bacteria inofensiva productora de mineral calcita junto con nutrientes.
Cuando el agua activa las esporas durmientes, los microbios se alimentan de los nutrientes y producen piedra caliza, reparando así grietas y agujeros.
A largo plazo, Scott White augura la existencia de materiales que respondan a daños de forma más compleja, que se renueven a si mismos como lo hacen los huesos.
"Podríamos hacer mucho más con lo que tenemos... El modo en que actualmente hacemos compuestos con fibras y capas planas apuntan a la misma dirección", destaca Ian Bond por su parte.
"Sólo estamos empezando a entender cómo la naturaleza hace lo que hace con estos materiales básicos".
