eduardo cesarVladimir Airoldi, junto al reactor de fabricación de diamanteseduardo cesar
Desde que regresó a Brasil a comienzos de 1991, al cabo de concluir un posdoctorado en el Laboratorio de Propulsión a Chorro en la agencia espacial estadounidense (la Nasa), el físico Vladimir Jesus Traba Airoldi decidió llevar adelante sus proyectos de investigación con un propósito claramente definido: que tuviesen al mismo tiempo un alto nivel científico y un alto potencial de aplicación.
Al reanudar su trabajo en el Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe), en São José dos Campos, interior paulista, su primer proyecto consistió en el desarrollo de diamantes sintéticos para aplicaciones en el espacio y en la industria. “En esa época, los estudios sobre diamantes sintéticos eran todavía muy teóricos, no se podía contar con la dimensión exacta de lo que representarían posteriormente”, dice Airoldi. Lo que sí se sabía es que era un material con compatibilidad biológica y química, con el menor coeficiente de rozamiento entre los materiales sólidos y que, por eso mismo, sería posible emplearlo como lubricante sólido en bisagras de paneles solares de satélites.
Asimismo, era un material con una conductividad térmica más elevada que todos los otros materiales, y con un gran rango de transmisión óptica, que abarca desde el infrarrojo hasta el rayo X, y permite por eso mismo aplicaciones en herramientas de corte y abrasión, protectores de superficies contra corrosión química, herramental médico-odontológico y otras. La idea inicial era desarrollar diamantes sintéticos para el área espacial, tales como disipadores de calor, lubricantes sólidos y protectores ópticos. Pero el investigador consideraba que eso era poco. “Desde el comienzo, el proyecto fue presentado como un generador de spin-offs, empresas que utilizasen la tecnología”, dijo Airoldi.
Dos décadas después, en diciembre del año pasado, Airoldi recibió el Premio Finep de Innovación 2011 en la categoría Inventor Innovador de la Financiadora de Estudios y Proyectos, como reconocimiento a su trabajo. Actualmente el investigador cuenta con 12 patentes depositadas y los artículos científicos que su grupo de investigación ha publicado suman más de un centenar y medio. El grupo congrega a 30 personas, entre investigadores, alumnos y posdoctorandos.
eduardo cesarLas puntas de diamante sintético reciben un tratamiento de gas plasma dentro del reactoreduardo cesar
Uno de los desdoblamientos del proyecto inicial fue la creación de la empresa Clorovale Diamantes, en 1997, para producir puntas de diamante sintético destinadas a fresas odontológicas. Esas fresas, acopladas a aparatos de ultrasonido destinados a reemplazar a los tradicionales de rotación, se venden en el mercado interno y también se exportan. “Somos la única empresa del mundo que emplea el diamante CVD en el área de odontología”, dice Airoldi. El diamante CVD (chemical vapor deposition, o deposición química en fase de vapor) es producido con gases tales como el hidrógeno y el metano. La patente ha sido concedida en los principales mercados del mundo: Estados Unidos, Europa, Australia, Japón y China.
Airoldi informa que al principio tuvo que vérselas con la desconfianza de los institutos financiadores de la investigación científica que no querían apoyar proyectos con tenor de aplicación elevado y con la decepción que le produjeron los empresarios de las industrias de las áreas médica, odontológica y metalúrgica, a los que él consultó para mostrarles la tecnología, que requería de inversiones para seguir adelante. “El período 1991-1997 fue sumamente sombrío, pero seguí firme y contamos con la aprobación del proyecto Pipe en la FAPESP, que dio inicio a Clorovale”, cuenta. El proyecto, encuadrado en la modalidad Programa Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe), de acuerdo con su evaluación, fue el gran catalizador de todo el proceso, ya que permitió crear la empresa. Desde entonces fueron aprobados otros cuatro proyectos en la FAPESP en la misma modalidad, aparte de dos proyectos temáticos y tres ayudas regulares a la investigación para su área de investigación en el Inpe.
La elección de la odontología como primera aplicación industrial para el diamante sintético fue fruto de una estrategia basada en el grado de instrucción elevado de los odontólogos y del hecho de que éstos necesitan productos con tecnología agregada para contar con algo que los diferencie en sus consultorios. “De todos modos, cuando empezamos a vender nuestro producto, en 2003, afrontamos muchas dificultades”, dice Airoldi. “Vendimos lo suficiente como para sobrevivir hasta 2011, cuando logramos duplicar nuestra facturación”. Hasta ese entonces la facturación se mantenía constante alrededor de los 700 mil reales. Los vientos favorables recién empezaron a soplar efectivamente en 2009, cuando Clorovale comenzó a exportar el producto, luego de la aprobación de la Unión Europea.
Eduardo CesarFresa de perforación de pozos con insertos de diamante en la puntaEduardo Cesar
En 2010, la empresa cobró nuevo aliento en su modelo de negocios, con el apoyo del Criatec, un fondo de inversión de capital semilla creado por el Banco Nacional de Desarrollo Económico y Social (BNDES) en asociación con el Banco del Nordeste de Brasil. El Criatec entró como socio y tiene el 35% del capital de la empresa. Actualmente, Clorovale cuenta con nueve socios, tres de los cuales son socios inversores, y 23 empleados. De acuerdo con João Furtado, miembro de la Coordinación Adjunta de Investigación para la Innovación de la FAPESP y docente de la Escuela Politécnica de la USP, las principales cualidades de Airoldi son la tenacidad y la determinación. “No se amilanó ni siquiera en algunos momentos sumamente difíciles.”
Para Furtado, no basta con tener una buena idea. “Un emprendimiento se lleva a cabo mediante un trabajo arduo, sistemático y planificado”. Asimismo, otra cualidad que contribuyó al éxito del emprendimiento fue su apertura en cuanto a las perspectivas, más allá de la visión científica y tecnológica. “Con el correr del tiempo, Airoldi logró entender mejor el mercado y su dinámica y comprendió que este abordaje contemplaba distintas dimensiones.”
Adherencia metálica
El investigador dice que las ventajas del uso del diamante en aparatos de ultrasonido no salieron de su grupo de investigación. “Los odontólogos ya había informado en la década de 1950 que el uso de fresas en aparatos de ultrasonido destinados a efectuar la preparación de las cavidades dentales era más indoloro que el método tradicional y no provocaba sangrado”, dice.
Pero la técnica informada no evolucionó porque en esa época no había una punta de diamante que pudiese soportar la acción del ultrasonido cuando este colisiona con el tejido duro, compuesto por el esmalte y la dentina. “Ésa fue la gran idea que tuvimos, y mi trabajo consistió precisamente en hacer que el diamante sintético naciera y creciera sobre una superficie metálica”, comenta. Pero eso no era suficiente. Era necesario que fuese extremadamente adherente. “La adherencia del diamante al área metálica es la parte más importante del invento, el objeto de la patente”. Por detrás del secreto se encuentran varios desarrollos, tales como la densidad del gas utilizado, la preparación de la superficie en el sustrato, la temperatura, la composición y la presión interna de los reactores.
Eduardo CesarDos entre los más de 30 modelos de puntas odontológicasEduardo Cesar
Hoy en día son más de 30 modelos de puntas odontológicas desarrolladas a pedido de dentistas y docentes. Pueden emplearse en la remoción de caries, en el desgaste y acabado de dientes y en procesos de corte óseo para el implante de dientes y muelas. Diversos laboratorios de universidades les enseñan a los alumnos a trabajar con la tecnología de puntas de diamante CVD con ultrasonido. “La primera carrera de odontología ultrasónica del planeta se creó en la Universidad de São Paulo con sede en la localidad de Baurú”, dice Airoldi. Actualmente, la USP de Baurú cuenta con dos carreras, una para el área de odontología estética y otra para la de odontopediatría. La Facultad de Odontología de la USP de São Paulo y la Facultad de Odontología de la Universidad Estadual Paulista (Unesp) de Araraquara y la de São José dos Campos también cuentan con carreras similares.
El diamante sintético no se ciñe únicamente a aplicaciones odontológicas. Otra línea de investigación de la empresa, en colaboración con el Inpe, comprende a los diamantes sintéticos amorfos, cuya estructura de carbono no es tan organizada como la de los cristalinos. Los amorfos no tienen la misma dureza que los cristalinos, pero de cualquier modo son más duros que todos los metales conocidos. La ventaja radica en que, mientras el diamante cristalino crece a lo sumo unos centímetros y, por ende, puede emplearse únicamente en piezas muy pequeñas, el amorfo alcanza proporciones del orden de los metros. Al ser un excelente bactericida, puede emplearse tanto en herramientas de cirugías ortopédicas como para revestimientos de prótesis de rodilla y de válvulas del corazón.
Más durable y estable
Los diamantes sintéticos amorfos también se utilizaron en fresas de barrenas de perforación para pozos de petróleo probadas por Petrobras. Las fresas tradicionales de las barrenas de perforación llevan polvo de diamante en las puntas. En la investigación desarrollada por Clorovale, pequeños insertos (trozos) de diamante sintético se incorporan a la punta de la fresa. En el primer ensayo, una fresa de pequeñas dimensiones, fabricada con insertos de diamante de hasta 20 milímetros de longitud por 2 milímetros, se probó en la perforación de pozos de agua.
Los resultados fueron alentadores. La fresa mostró una durabilidad dos veces y media mayor, aparte de cortar un 30% más rápido y dar mayor estabilidad al eje de perforación que la convencional de polvo de diamante. Petrobras decidió probar esta tecnología para perforar pozos de petróleo profundos y quedó satisfecha con el resultado. Por eso le hizo un pedido de otros dos prototipos de fresas a Clorovale y se apresta a efectuar ensayos más conclusivos durante el primer semestre de este año.
Los diamantes amorfos pueden depositarse también en grandes superficies. Su aplicación enriquece las propiedades químicas, físicas y mecánicas de materiales tales como el acero, por ejemplo. La creación de otros productos, aparte de las fresas odontológicas es, según Furtado, la tercera gran cualidad del emprendimiento, junto a la determinación y la visión de mercado. “El investigador comprendió que el programa Pipe puede constituir una ayuda permanente y que, a través del mismo, es posible ensanchar los horizontes tecnológicos de la empresa mediante nuevos desafíos y nuevas capacidades.
Los proyectos
1. Desarrollo de dispositivos en diamante CVD para aplicaciones de corto plazo (nº 1997/07227-6); Modalidad Programa Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe); Coordinador Kiyoe Umeda (Clorovale); Investimento R$ 329.585,13 (FAPESP)
2. Nuevos materiales, estudios y aplicaciones innovadoras en diamante CVD y diamond-like-carbon (DLC) (nº 2001/11619-4); Modalidad Proyecto Temático;Coordinador Vladimir Airoldi (Inpe/Clorovale); Investimento R$ 576.456,12 (FAPESP)
3. Diamante CVD para un nuevo concepto de herramientas de alto desempeño para perforación y corte (nº 2006/60821-4); Modalidad Programa Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe); Coordinador Leônidas Lopes de Melo (Clorovale); Investimento R$ 550.661,41 (FAPESP)
4. Películas de DLC para aplicaciones en superficies antibacterianas, anti-rozamiento, espaciales, industriales y para tubos de perforación de pozos de petróleo (nº 2006/60822-0); Modalidad Programa Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe); Coordinadora Alessandra Venâncio Diniz (Clorovale); Investimento R$ 505.917,65 (FAPESP)
