En la más pequeña de las escalas, la ciencia puede volverse bastante extraña. Tan extraño de hecho que los metales y otros materiales pueden modificarse para cambiar por completo sus propiedades, como hacerlos resistentes al agua o las bacterias.

Esta es la piedra angular de una nueva investigación que analiza el mundo oculto de las superficies, con el potencial de mejorar nuestra vida cotidiana al fabricar lavavajillas que se limpian solos o baterías de mayor duración.

Un avance clave que ha permitido que esto sea posible es el láser de pulso ultracorto. Hasta hace 10 años, esta tecnología había sido demasiado cara y no podía producir energía lo suficientemente alta como para causar efectos interesantes que pudieran aplicarse a escala industrial. Pero ahora se ha desarrollado hasta un punto en el que los investigadores pueden usarlo para cambiar la estructura de los elementos cotidianos.

Electrones

Un láser de pulso ultracorto es un láser que dispara rayos regulares que duran menos de 10 picosegundos, o 10 billonésimas de segundo. Esta pequeña duración de pulso es lo suficientemente corta como para excitar electrones en la superficie de un metal y modificar sus propiedades antes de que la energía se convierta en calor a medida que los electrones se relajan. "o volver a un estado estable, entre cada pulso.

"Entonces, lo que sucede es que tienes muchos electrones muy excitados que viajan por el lugar, y luego todos se relajan, y eso se convierte en calor de un solo golpe, "dijo el Dr. Adrian Lutey, ingeniero mecánico e investigador de la Universidad de Parma en Italia que trabaja en un proyecto llamado TresClean. "Y puedes provocar algunas modificaciones muy interesantes de esta manera".

TresClean está buscando formas en las que los láseres de pulso ultracorto podrían mejorar una serie de industrias, en particular, la industria alimentaria y los electrodomésticos, como lavavajillas y lavadoras, e investigando los límites de lo que podría ser posible.

El equipo está explorando cómo las superficies metálicas podrían hacerse resistentes al agua usando láseres, incluido uno de los láseres de pulso ultracorto más potentes del mundo en la Universidad de Stuttgart en Alemania, con una potencia media de un kilovatio. Los láseres crean diminutos nanograbados en la superficie del metal, y atrapando burbujas de aire, esto evita que el agua se adhiera a la superficie. Esta superficie rugosa tiene un efecto similar a una hoja de loto, que tiene una química superficial que evita que el agua se pegue.

Antibacteriano

Usando esta técnica, es posible crear superficies antibacterianas repelentes de líquidos. Las bacterias prosperan en el agua, por lo tanto, las tuberías y otros equipos deben limpiarse con regularidad para evitar cualquier tipo de acumulación, un proceso que requiere tiempo y dinero considerables. Pero si la superficie nunca desarrolló bacterias en primer lugar, este problema podría erradicarse.

"Un análogo es un lecho de clavos, las células bacterianas no tienen ningún lugar al que puedan adherirse, ", dijo el Dr. Lutey." El uso de texturas láser para producir una respuesta antibacteriana es de vanguardia ".

Hasta ahora, los resultados han sido prometedores, y el equipo publicó una serie de artículos de investigación sobre la eficacia de la técnica. Esperan que esto pueda tener varias aplicaciones, por ejemplo en la industria del envasado de alimentos, donde la leche y otros alimentos líquidos son transportados por maquinaria. Esto debe limpiarse cada pocas horas con productos de limpieza fuertes.

"Si podemos reducir la cantidad de limpieza necesaria, podemos reducir el tiempo de inactividad y podemos reducir cualquier riesgo de contaminación donde los productos de limpieza terminan en los alimentos, "dijo el Dr. Lutey.

Del mismo modo en lavavajillas y lavadoras, esto puede evitar que se forme una biopelícula, un grupo de bacterias, dentro de la máquina, lo que puede hacer que el tanque del lavavajillas huela cuando las bacterias flotan alrededor. Con superficies tratadas con láser, estos productos podrían consumir menos agua y también ensuciarse menos.

Las técnicas láser podrían aplicarse en otros lugares. Por ejemplo, los barcos tienen un problema común al lidiar con una "baba" de biopelícula en sus cascos donde las bacterias han crecido. Pero si el casco del barco pudiera hacerse resistente al agua, entonces las bacterias no tendrían dónde agarrarse.

Pilas

Las personas que tienen implantes o conducen coches eléctricos también podrían beneficiarse de estas técnicas. Un proyecto llamado Laser4Surf está utilizando pulsos láser ultracortos en varios campos, desde la producción de baterías hasta la medicina.

"La idea detrás de este proyecto es desarrollar prototipos que puedan obtener diferentes propiedades en superficies metálicas, "dijo la coordinadora del proyecto Dra. Ainara Rodríguez del centro de investigación Ceit-IK4 en España.

Ella y un equipo de investigadores están desarrollando prototipos que utilizan más de 800, 000 pulsos de láser para calentar material hasta 6, 000 ° C, que es más caliente que la superficie del Sol. Esto sublima el material, cambiarlo de sólido a gas, y permite alterar sus propiedades.

"Lo que hacemos es irradiar (calentar) la estructura del material con pulsos láser ultrarrápidos, que puede aumentar la adherencia del material, su hidrofobicidad (la capacidad de repeler el agua), o el color del metal en sí, "dijo el Dr. Rodríguez.

Al usar láseres para aumentar la superficie de las baterías y evitar el sobrecalentamiento, el equipo espera aumentar sus ciclos de vida en un 30%, y su capacidad hasta en un 60%. Esto abre posibilidades en el futuro para crear baterías para autos eléctricos que se carguen más rápido y duren más. En medicina, La texturización con láser debería hacer que la unión entre el hueso humano y el implante sea un 80% más fuerte.

Para el progreso de esta investigación será fundamental demostrar que esta tecnología puede avanzar desde el entorno de laboratorio hasta la industria. Para julio de este año, el equipo espera haber desarrollado diferentes prototipos que puedan probar algunas de sus ideas, antes de analizar cómo podría ampliarse esto para un uso más generalizado.