Palabra de experto 4 min

«¡Con este polímero, pronto seremos capaces de elaborar patas de geco en nuestra propia cocina!».

Entrevista con Michael Varenberg, profesor e investigador en el Instituto de Tecnología de Georgia, en Atlanta, Estados Unidos, que ha desarrollado recientemente un polímero capaz de reproducir el efecto adhesivo de las patas del geco.
«¡Con este polímero, pronto seremos capaces de elaborar patas de geco en nuestra propia cocina!».
«¡Con este polímero, pronto seremos capaces de elaborar patas de geco en nuestra propia cocina!».

¿Podría resumir brevemente su perfil académico?

Tras licenciarme en la universidad, realicé un doctorado en ingeniería mecánica. Desde 2014, me dedico a la docencia y la investigación en el Instituto de Tecnología de Georgia. Mi campo de especialidad es la tribología, una ciencia tecnológica que estudia los efectos inducidos al entrar en contacto dos sistemas (o materiales) inmóviles o animados. La tribología, por lo tanto, tiene que ver con el fenómeno de la fricción, el desgaste y también la lubricación.
Mi laboratorio, el Laboratorio de Tribología e Ingeniería de Superficies, se ocupa exclusivamente de esta ciencia. Parte de nuestro trabajo tiene aplicaciones muy concretas para numerosas industrias, en especial en el sector mecánico. Huelga decir que el conocimiento de los materiales resulta indispensable. Otra parte de nuestro trabajo se consagra a la investigación fundamental y el desarrollo de nuevos materiales que puedan ayudar a nuestra ciencia a evolucionar.

Al igual que muchos otros laboratorios, están ustedes fascinados con las patas del geco, ese pequeño lagarto capaz de adherirse a cualquier superficie. Parece que lograr reproducir sus características es el santo grial de muchos investigadores. ¿Por qué?

¡El geco puede caminar por el techo! Por supuesto, no es ni de lejos el único lagarto capaz de ello, otros lo hacen, por no mencionar a los insectos. Sin embargo, el geco es el único que puede aguantar un peso de más de 40 kilos sin caerse, aunque pesa menos de 100 g. Esto se explica por la naturaleza de sus dedos, compuestos de millones de pelos de queratina cuyo diámetro en la base es de tan solo algunas micras. En las puntas, esos pelos se dividen en otros todavía más finos que a su vez terminan con una estructura de espátula. A nivel molecular, entra en juego una fuerza denominada «fuerza de Van der Waals». En pocas palabras, es una fuerza capaz de mantener unidos átomos o moléculas. Resumiendo, el secreto del geco reside en la estructura microscópica de sus pelos, que interactúan con las superficies a nivel intermolecular. Dependiendo de la orientación de los pelos del animal, estos pueden adherirse a una superficie o desprenderse de ella. Esto es lo que le permite pasearse por el techo.

¿Cuánto tiempo lleva trabajando en esta cuestión?

 

 

 

 

Entré en contacto con la investigación tribológica en biología y biónica en el año 2004, cuando empecé mi formación posdoctoral en el Instituto Max Planck de Investigación de los Metales en Stuttgart, Alemania. Allí estudiamos unas microestructuras adhesivas artificiales en forma de setas inspiradas en los pelos fibrilares de acoplamiento de los escarabajos macho. Es un tema en el que he seguido trabajando desde entonces.

Ahora, gracias a los polímeros flexibles, han podido reproducir con éxito los pelos de las patas del geco. ¿Cómo lo han logrado?

Resumiendo, mezclamos diferentes polímeros que son blandos pero capaces de endurecer con el tiempo (un poco como la plastilina que se endurece por efecto del aire). A continuación, hundimos cuchillas de afeitar en esta mezcla y las retiramos, de modo que el polímero se estira formando pequeños filamentos. Estos reproducen los pelos del geco a escala micrométrica, un requisito para hacer que un material se adhiera mediante fuerzas de Van der Waals.

 

Esta solución de estiramiento empleando cuchillas de afeitar resulta más asequible que intentar desarrollar un molde y, sobre todo, mucho más eficiente, ya que la operación de desmoldar podría estropear la calidad de la superficie del polímero.

 

 

 

Una de las grandes innovaciones de nuestro método es que con una pequeña cantidad de un material fácil de conseguir sería posible fabricar este nuevo adhesivo en una simple cocina, sin necesidad de utilizar una sala blanca. Por lo tanto, está al alcance de cualquiera o, al menos, de muchos industriales.

¿Qué polímeros han utilizado?

Hasta el momento, hemos utilizado una combinación de PVS (polivinilsiloxano), un polímero empleado en los moldes dentales, PDMS o dimeticona (polidimetilsiloxano), un polímero que puede ser líquido como el agua o denso como una goma dependiendo de su grado de polimerización y que se utiliza en la composición de cauchos de silicona, y, finalmente, poliuretano (PU), un polímero bien conocido, especialmente por sus espumas. Sin embargo, quisiera señalar que también podrían emplearse otros elastómeros flexibles.

¿Cuáles fueron las principales dificultades que encontraron?

Fueron muchas, y nos costó meses e incluso años superarlas. Aunque nuestro método es más sencillo que el moldeado, necesitamos un año para desarrollarlo. Tuvimos que encontrar el polímero adecuado, el tiempo óptimo de inmersión de las cuchillas y la forma correcta de las estriaciones. Luego, tuvimos que trasladar el modelo informático teórico a la realidad. Esto no fue nada fácil, había muchos parámetros que controlar: viscosidad, temperatura del polímero, velocidad de inserción y extracción de las cuchillas, etc. Todavía hay margen de mejora, y actualmente estamos trabajando en refinar la elasticidad de nuestro polímero para mejorar su rendimiento. La elasticidad es muy importante porque lo que determina si se adhiere o no a la superficie es el efecto de cizalladura*.

 

 

¿Cuáles serán las aplicaciones industriales de su hallazgo?

En primer lugar, pienso que podría utilizarse en brazos robóticos que operen en entornos industriales de gran precisión, por ejemplo, en la fabricación de microprocesadores. Manipular un microchip es una operación muy delicada. Actualmente, estos brazos robóticos tienen unas «manos» de cerámica que utilizan mordazas con un sistema de vacío para manipular las obleas de silicona. Como la cerámica se desgasta por la fricción, puede emanar partículas que contaminan la oblea causando defectos litográficos. Sería preferible emplear una mano equipada con nuestro «polímero de pata de geco» porque este no se desmiga y, por lo tanto, no dañaría las obleas.
Este material también podría usarse para colgar un cuadro en la pared o suspender cualquier tipo de objeto pequeño del techo. Existen múltiples aplicaciones posibles, tanto a nivel industrial como doméstico.

* Un estado de tensión interna en una estructura, en el que cada parte tiende, bajo el efecto de fuerzas que actúan en direcciones opuestas, a deslizarse con respecto a la parte colindante.

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