{"id":116324,"date":"2013-05-06T12:36:36","date_gmt":"2013-05-06T15:36:36","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=116324"},"modified":"2017-03-07T18:25:10","modified_gmt":"2017-03-07T21:25:10","slug":"imitacion-de-la-naturaleza","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/imitacion-de-la-naturaleza\/","title":{"rendered":"Imitaci\u00f3n de la naturaleza"},"content":{"rendered":"

\"076-077_Compositos_205\"<\/a>Un equipo de investigadores brasile\u00f1os, europeos y americanos, del grupo de Materiales Complejos, del Instituto Federal de Tecnolog\u00eda (ETH), de Z\u00farich, en Suiza, desarroll\u00f3 una t\u00e9cnica cuyo objetivo es unir materiales r\u00edgidos y el\u00e1sticos, inspirada en lo hecho por la naturaleza para conectar m\u00fasculos y huesos en el cuerpo humano. Los resultados generados con la nueva t\u00e9cnica son los denominados compuestos bioinspirados, con gran potencial de aplicaci\u00f3n en implantes biom\u00e9dicos y piezas para la industria automovil\u00edstica y la aeroespacial. El m\u00e9todo de uni\u00f3n de materiales polim\u00e9ricos y cer\u00e1micos fue descrito en un art\u00edculo publicado en diciembre en la revista Nature Communications<\/i>.<\/p>\n

El l\u00edder del grupo, el profesor e ingeniero brasile\u00f1o Andr\u00e9 Studart, sostiene que el acoplamiento entre materiales r\u00edgidos y flexibles es algo muy com\u00fan en los seres vivos. \u201cEn nuestro cuerpo, por ejemplo, partes altamente el\u00e1sticas, como son los tendones, est\u00e1n conectadas con otras extremadamente r\u00edgidas, tales como los huesos\u201d, recuerda. \u201cAl contrario de lo que puede observarse en los productos artificiales, nuestro cuerpo permite la aplicaci\u00f3n de una alta carga mec\u00e1nica en la uni\u00f3n entre esos dos materiales sin que ocurran fallas en el lugar de conexi\u00f3n\u201d. La aplicaci\u00f3n de los principios que utiliza la naturaleza en la producci\u00f3n de materiales artificiales con alta performance cont\u00f3 con la participaci\u00f3n de otro brasile\u00f1o, el qu\u00edmico Rafael Libanori, adem\u00e1s de dos investigadores suizos, una francesa, un austr\u00edaco y un estadounidense.<\/p>\n

Pero transformar estas caracter\u00edsticas naturales en tecnolog\u00eda, produciendo un mecanismo artificial que haga posible la conexi\u00f3n entre materiales el\u00e1sticos y r\u00edgidos, no es algo tan sencillo como lo da a entender la naturaleza. Por el contrario, unir dos productos con propiedades mec\u00e1nicas dis\u00edmiles constituye actualmente un gran reto para varias \u00e1reas de la ingenier\u00eda. De all\u00ed la importancia del trabajo del grupo liderado por Studart. \u201cConcebimos un m\u00e9todo de producci\u00f3n de materiales heterog\u00e9neos artificiales que pueden utilizarse para conectar estructuras r\u00edgidas y el\u00e1sticas en manera eficiente, tal como en la naturaleza\u201d, comenta.<\/p>\n

El grupo comprob\u00f3 que la naturaleza resolvi\u00f3 el problema mediante una modificaci\u00f3n gradual de las propiedades mec\u00e1nicas de la estructura de acoplamiento, denominada uni\u00f3n osteotendinosa o entesis. \u201cCerca de los tendones, las inserciones son relativamente el\u00e1sticas y est\u00e1n compuestas principalmente por fibras de col\u00e1geno\u201d, explica Libanori. \u201cPero a medida que se aproximan a los huesos, la concentraci\u00f3n de elementos minerales de refuerzo va aumentando gradualmente, derivando en un compuesto heterog\u00e9neo que es capaz de distribuir en manera uniforme las tensiones mec\u00e1nicas a lo largo de su extensi\u00f3n\u201d. Se trata de una transici\u00f3n gradual de propiedades mec\u00e1nicas tanto lineal como perpendicularmente, lo cual minimiza el desarrollo de altas tensiones en la juntura.<\/p>\n

La transici\u00f3n en los dientes<\/b>
\nEl col\u00e1geno ofrece propiedades mec\u00e1nicas caracter\u00edsticas de los materiales el\u00e1sticos, mientras que los elementos minerales de refuerzo, tales como la hidroxiapatita \u2012compuesta por fosfato de calcio, el principal constituyente de los huesos\u2012, exhiben propiedades caracter\u00edsticas de los materiales cer\u00e1micos r\u00edgidos. Otro ejemplo de material biol\u00f3gico que presenta una transici\u00f3n gradual en sus propiedades mec\u00e1nicas es el diente. \u201cLa parte interna de nuestros dientes est\u00e1 formada por la dentina, m\u00e1s el\u00e1stica, mientras que la capa externa, el esmalte dental, es mucho m\u00e1s r\u00edgida y dura\u201d, explica Libanori. \u201cEsa transici\u00f3n gradual de propiedades ocurre en forma perpendicular, desde el interior del diente hacia el esmalte dental\u201d.<\/p>\n

El m\u00e9todo creado por el grupo, denominado \u201crefuerzo jer\u00e1rquico de elast\u00f3meros de poliuretano\u201d, fue concebido durante el doctorado de Libanori, dirigido por Studart en el ETH. \u201cSe emplea la palabra \u2018jer\u00e1rquico\u2019 porque la matriz polim\u00e9rica est\u00e1 reforzada con componentes m\u00e1s r\u00edgidos en diferentes escalas de tama\u00f1o: molecular, nanom\u00e9trico y microm\u00e9trico\u201d, explica Libanori. \u201cDe ese modo, podemos combinar capas de materiales, obteniendo diferentes grados de rigidez, mediante de un procedimiento al que denominamos soldadura por solvente\u201d. En el art\u00edculo de la Nature Communications<\/i>, los investigadores describen una matriz de poliuretano, un pol\u00edmero que se utiliza, por ejemplo, en la elaboraci\u00f3n de espumas, suela de calzados, fibras textiles y adhesivos, reforzada con plaquetas cer\u00e1micas a escala nanom\u00e9trica (una arcilla sint\u00e9tica denominada laponita) y microm\u00e9trica (\u00f3xido de aluminio). Las dimensiones nanom\u00e9tricas son equivalentes a tama\u00f1os de 1 mil\u00edmetro dividido en un mill\u00f3n de partes y las microm\u00e9tricas, 1 mil\u00edmetro dividido por mil.<\/p>\n

Seg\u00fan Studart, este m\u00e9todo posibilita la fabricaci\u00f3n de compuestos polim\u00e9ricos inimaginables hasta ahora. \u201cPor ejemplo, creamos un material cuya rigidez en su superficie superior equivale a la de nuestros dientes y huesos, mientras que la elasticidad en su superficie inferior se asemeja a la de nuestra piel\u201d, revela el profesor. Ellos tambi\u00e9n demostraron que dispositivos electr\u00f3nicos r\u00edgidos integrados en un sustrato flexible, tal como en el caso de los LEDs, podr\u00edan efectivamente protegerse contra las fallas mec\u00e1nicas, aumentando en forma significativa el tiempo de vida del artefacto.<\/p>\n

Los dispositivos flexibles obtenidos mediante este m\u00e9todo pueden deformarse hasta 4,5 veces su tama\u00f1o inicial sin comprometer la respuesta de sus componentes electr\u00f3nicos r\u00edgidos. Seg\u00fan Libanori, el proyecto a\u00fan se encuentra en fase de investigaci\u00f3n acad\u00e9mica y el grupo est\u00e1 buscando empresas interesadas en licenciar la tecnolog\u00eda. \u201cAhora mismo, estamos discutiendo las posibilidades de cooperaci\u00f3n con una gran empresa de art\u00edculos electr\u00f3nicos\u201d, dice.<\/p>\n

El profesor Edson Roberto Leite, del Departamento de Qu\u00edmica de la Universidad Federal de Sao Carlos (UFSCar), sigue de cerca desde hace algunos a\u00f1os el trabajo de Libanori y Studart. \u201cRafael Libanori fue alumno m\u00edo en iniciaci\u00f3n cient\u00edfica y maestr\u00eda y fui yo quien lo recomend\u00f3 a Studart\u201d, relata. \u201cEl trabajo que desarrollaron es sumamente importante, pues crean m\u00e9todos de procesamiento de compuestos que hacen posible copiar las formas jer\u00e1rquicas con las que la naturaleza organiza los materiales. \u00c9se es el gran avance del grupo. M\u00e1s que estudiar c\u00f3mo trabaja la naturaleza, est\u00e1n reproduciendo la manera en que ella construye los materiales, en forma artificial, sin hacer uso de bioqu\u00edmica ni gen\u00e9tica\u201d. Seg\u00fan Leite, las investigaciones brasile\u00f1as en el \u00e1rea reci\u00e9n est\u00e1n comenzando. \u201cHay algunos grupos trabajando en fotos\u00edntesis artificial, como el nuestro, aqu\u00ed en la UFSCar, y pocos en compuestos bioinspirados\u201d, dice. \u201cEn tanto, en el mundo \u00e9ste es un tema en expansi\u00f3n, con grandes grupos trabajando en investigaciones de punta.\u201d<\/p>\n

Art\u00edculo cient\u00edfico<\/em>
\nLIBANORI, R. et al.<\/i> Stretchable heterogeneous composites with extreme mechanical gradients<\/a>. Nature Communications.<\/b> v.3, art\u00edculo 1.65. 11 dic. 2012 (online<\/i>)<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Cient\u00edficos desarrollan un m\u00e9todo para unir pl\u00e1stico y cer\u00e1mica ","protected":false},"author":20,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[192],"tags":[312],"coauthors":[112],"class_list":["post-116324","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-tecnologia-es","tag-innovacion"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/116324","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/20"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=116324"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/116324\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=116324"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=116324"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=116324"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=116324"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}