Aunque la nanotecnología se presenta como una invención humana bastante reciente, la naturaleza está llena de arquitecturas nanoscópicas. Ellos sustentan las funciones esenciales de una variedad de formas de vida, de bacterias a bayas, avispas a ballenas.

De hecho, El uso cuidadoso de los principios de la nanociencia se remonta a estructuras naturales que tienen más de 500 millones de años. A continuación se presentan solo cinco fuentes de inspiración que los científicos podrían utilizar para crear la próxima generación de tecnología humana.

1. Colores estructurales

La coloración de varios tipos de escarabajos y mariposas se produce mediante conjuntos de pilares nanoscópicos cuidadosamente espaciados. Hecho de azúcares como el quitosano, o proteínas como la queratina, los anchos de las ranuras entre los pilares están diseñados para manipular la luz para lograr ciertos colores o efectos como la iridiscencia.

Uno de los beneficios de esta estrategia es la resiliencia. Los pigmentos tienden a decolorarse con la exposición a la luz, pero los colores estructurales son estables durante períodos notablemente prolongados. Un estudio reciente de coloración estructural en bayas de mármol azul metálico, por ejemplo, destacados especímenes recolectados en 1974, que había mantenido su color a pesar de estar muerto hacía mucho tiempo.

Otra ventaja es que el color se puede cambiar simplemente variando el tamaño y la forma de las ranuras. y también llenando los poros con líquidos o vapores. De hecho, A menudo, el primer indicio de la presencia de coloración estructural es un cambio de color intenso después de que la muestra se ha empapado en agua. Algunas estructuras de alas son tan sensibles a la densidad del aire en las rendijas que también se ven cambios de color en respuesta a la temperatura.

2. Visibilidad de largo alcance

Además de simplemente desviar la luz en ángulo para lograr la apariencia de color, algunas capas ultrafinas de paneles de hendidura invierten completamente la dirección del viaje de los rayos de luz. Esta desviación y bloqueo de la luz pueden trabajar juntos para crear efectos ópticos impresionantes, como las alas de una sola mariposa con una visibilidad de media milla, y escarabajos de escamas blancas brillantes, midiendo un delgado cinco micrómetros. De hecho, estas estructuras son tan impresionantes que pueden superar a las estructuras diseñadas artificialmente que son 25 veces más gruesas.

3. Adhesión

Los pies de gecko pueden adherirse firmemente a prácticamente cualquier superficie sólida en milisegundos, y despegar sin esfuerzo aparente. Esta adhesión es puramente física sin interacción química entre los pies y la superficie.

La capa adhesiva activa del pie del gecko es una capa nanoscópica ramificada de cerdas llamada "espátula", que miden unos 200 nanómetros de longitud. Varios miles de estas espátulas están unidas a "setas" de tamaño micrométrico. Ambos están hechos de queratina muy flexible. Aunque la investigación sobre los detalles más finos del mecanismo de fijación y desprendimiento de las espátulas está en curso, el mero hecho de que funcionen sin productos químicos pegajosos es una impresionante hazaña de diseño.

Los pies de Gecko también tienen otras características fascinantes. Son autolimpiantes, resistentes a la auto-estera (las setas no se pegan entre sí) y están separadas por defecto (incluso entre sí). Estas funciones han generado sugerencias de que, en el futuro, pegamentos Todos los tornillos y remaches se pueden fabricar a partir de un solo proceso, fundición de queratina o material similar en diferentes moldes.

4. Resistencia porosa

La forma más fuerte de cualquier sólido es el estado monocristalino, piense en los diamantes, en el que los átomos están presentes en un orden casi perfecto de un extremo al otro del objeto. Cosas como varillas de acero los cuerpos de los aviones y los paneles de los automóviles no son monocristalinos, pero policristalino, similar en estructura a un mosaico de granos. Entonces, En teoria, la resistencia de estos materiales podría mejorarse aumentando el tamaño de grano, o haciendo que toda la estructura sea monocristalina.

Los monocristales pueden ser muy pesados, pero la naturaleza tiene una solución para esto en forma de poros nanoestructurados. La estructura resultante, un mesocristal, es la forma más fuerte de un sólido dado para su categoría de peso. Las espinas de los erizos de mar y el nácar (nácar) están hechos de formas mesocristalinas. Estas criaturas tienen caparazones livianos y, sin embargo, pueden residir a grandes profundidades donde la presión es alta.

En teoria, se pueden fabricar materiales mesocristalinos, aunque el uso de procesos existentes requeriría mucha manipulación intrincada. Se tendrían que hacer girar diminutas nanopartículas hasta que se alineen con precisión atómica con otras partes de los mescristales en crecimiento, y luego tendrían que gelificarse alrededor de un espaciador blando para eventualmente formar una red porosa.

5. Navegación bacteriana

Las bacterias magnetotácticas poseen la extraordinaria capacidad de detectar campos magnéticos diminutos, incluido el de la Tierra, utilizando pequeñas cadenas de nanocristales llamadas magnetosomas. Estos son granos con un tamaño de entre 30 y 50 nanómetros, hecho de magnetita (una forma de óxido de hierro) o, menos comúnmente, greghite (una combinación de hierro y azufre). Varias características de los magnetosomas funcionan juntas para producir una "aguja de brújula" plegable, muchas veces más sensibles que sus homólogos creados por el hombre.

Aunque estos "sensores" solo se utilizan para navegar distancias cortas (las bacterias magnetotácticas viven en estanques), su precisión es increíble. No solo pueden encontrar su camino, pero variar el tamaño de grano significa que pueden retener información, mientras que el crecimiento se restringe a los arreglos atómicos más sensibles magnéticamente.

Sin embargo, como el oxígeno y el azufre se combinan vorazmente con el hierro para producir magnetita, greghite o más de 50 otros compuestos, solo algunos de los cuales son magnéticos, se requiere una gran habilidad para producir selectivamente la forma correcta, y crear las cadenas de magnetosomas. Tal destreza está actualmente fuera de nuestro alcance, pero la navegación futura podría revolucionarse si los científicos aprenden a imitar estas estructuras.

Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el artículo original.