Evaporación de agua, como se observa cuando un charco de agua desaparece en un día de verano, es un proceso notablemente poderoso. Si estuviera enjaezado, el proceso podría proporcionar una fuente limpia de energía para alimentar máquinas y dispositivos mecánicos. En un artículo recientemente publicado en Materiales de la naturaleza , un equipo internacional de científicos dirigido por investigadores del Centro de Investigación Científica Avanzada del Centro de Graduados, CUNY (CUNY ASRC) detalla el desarrollo de cristales que cambian de forma y que convierten directamente la energía de evaporación en poderosos movimientos.

Estos materiales sensibles al agua se crearon mediante el uso de variantes simples de bloques de construcción biológicos, conocidos como tripéptidos, para crear cristales que sean simultáneamente rígidos y morfables. Los materiales están compuestos por patrones tridimensionales de poros a nanoescala donde el agua se une firmemente, y estos poros están intercalados con una red molecular de regiones rígidas y flexibles. Cuando la humedad se reduce y alcanza un valor crítico, el agua se escapa por los poros provocando una potente contracción de la red interconectada. Esto da como resultado que los cristales pierdan temporalmente sus patrones ordenados hasta que se restablezca la humedad y los cristales recuperen su forma original. Este proceso de nuevo diseño se puede repetir una y otra vez y da lugar a un método notablemente eficiente de recolectar energía de evaporación para realizar trabajo mecánico.

"Básicamente creamos un nuevo tipo de actuador, que es impulsado por la evaporación del agua, "dijo la estudiante de doctorado del Centro de Graduados Roxana Piotrowska, primer autor del estudio e investigador de la Iniciativa de Nanociencia CUNY ASRC. "Al observar su actividad, hemos podido identificar los mecanismos fundamentales de cómo los materiales sensibles al agua pueden convertir eficientemente la evaporación en energía mecánica".

"Nuestro trabajo permite la observación directa de la actuación impulsada por la evaporación de los materiales a escala molecular, '', dijo el autor correspondiente del estudio, Xi Chen, cuyo laboratorio con CUNY ASRC Nanocience Initiative codirigió la investigación. "Al aprender a extraer energía de la evaporación de manera eficiente, y convertirlo en movimiento, Se pueden diseñar actuadores mejores y más eficientes para muchas aplicaciones, incluidos los dispositivos de recolección de energía de evaporación ''.

"En tono rimbombante, Nuestros cristales diseñados se producen exactamente a partir de los mismos componentes básicos de los que están hechas las proteínas, pero se simplifican radicalmente y, como resultado, sus propiedades se pueden ajustar con precisión y optimizar racionalmente para esta aplicación, ", dijo Rein Ulijn, director de la Iniciativa de nanociencia de CUNY ASRC, cuyo laboratorio, que codirigió el trabajo, es responsable de los aspectos de diseño biomolecular de la investigación. "La belleza de utilizar bloques de construcción biológicos para crear esta nueva tecnología es que los cristales morfogénicos resultantes son biocompatibles, biodegradable, y rentable ".

Mediante el uso de una combinación de experimentos de laboratorio y simulaciones por computadora, los investigadores pudieron identificar y estudiar los factores que controlan la actuación de estos cristales. Este enfoque dio como resultado nuevos conocimientos que informan el diseño de formas más eficientes de utilizar la evaporación para una variedad de aplicaciones, que pueden incluir componentes robóticos o micro y nanomáquinas mecánicas que funcionan con la evaporación del agua.