A la ciencia de los materiales le gusta tomar como modelo la naturaleza y las propiedades especiales de los seres vivos que potencialmente podrían transferirse a los materiales. Un equipo de investigación dirigido por el profesor químico Andreas Walther de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU) ha logrado dotar a los materiales de una propiedad bioinspirada:el nanopapel rígido, delgado como una oblea, se vuelve instantáneamente suave y elástico con solo presionar un botón.

"Hemos equipado el material con un mecanismo para que la resistencia y rigidez se puedan modular mediante un interruptor eléctrico, "explicó Walther. Tan pronto como se aplica una corriente eléctrica, el nanopapel se vuelve blando; cuando el flujo de corriente se detiene, recupera su fuerza. Desde una perspectiva de aplicación, esta intercambiabilidad podría ser interesante para amortiguar materiales, por ejemplo. La obra, que también involucró a científicos de la Universidad de Friburgo y el Cluster of Excellence on Living, Adaptado, y sistemas de materiales autónomos de energía (livMatS) financiados por la Fundación de Investigación Alemana (DFG), fue publicado en Comunicaciones de la naturaleza .

Inspiración del fondo marino:el interruptor mecánico cumple una función protectora

La inspiración basada en la naturaleza en este caso proviene de los pepinos de mar. Estas criaturas marinas tienen un mecanismo de defensa especial:cuando son atacadas por depredadores en su hábitat en el fondo marino, Los pepinos de mar pueden adaptar y fortalecer su tejido para que su exterior suave se endurezca inmediatamente. "Este es un comportamiento mecánico adaptativo que es fundamentalmente difícil de replicar, ", dijo el profesor Andreas Walther. Con su trabajo ahora publicado, su equipo ha logrado imitar el principio básico en una forma modificada utilizando un material atractivo y un mecanismo de conmutación igualmente atractivo.

Los científicos utilizaron nanofibrillas de celulosa extraídas y procesadas de la pared celular de los árboles. Las nanofibrillas son incluso más finas que las microfibras del papel estándar y dan como resultado un papel casi cristalino. El material es rígido y resistente, atractivo para la construcción ligera. Sus características son incluso comparables a las de las aleaciones de aluminio. En su trabajo, el equipo de investigación aplicó electricidad a estos nanopapeles a base de nanofibrillas de celulosa. Mediante cambios moleculares especialmente diseñados, el material se vuelve flexible como resultado. El proceso es reversible y se puede controlar mediante un interruptor de encendido / apagado.

"Esto es extraordinario. Todos los materiales que nos rodean no son muy cambiantes, no cambian fácilmente de rígidos a elásticos y viceversa. Aquí, con la ayuda de la electricidad, podemos hacerlo de una manera simple y elegante, ", dijo Walther. Por lo tanto, el desarrollo se está alejando de los materiales estáticos clásicos hacia materiales con propiedades que se pueden ajustar de forma adaptativa. Esto es relevante para los materiales mecánicos, que por lo tanto puede hacerse más resistente a la fractura, o para materiales de amortiguación adaptables, que podría cambiar de rígido a compatible cuando está sobrecargado, por ejemplo.

Apuntando a un material con su propio almacenamiento de energía para encendido / apagado autónomo

A nivel molecular, el proceso implica calentar el material aplicando una corriente y así romper reversiblemente los puntos de reticulación. El material se ablanda en correlación con el voltaje aplicado, es decir., cuanto mayor sea el voltaje, cuantos más puntos de reticulación se rompan y más blando se vuelve el material. La visión del profesor Andreas Walther para el futuro también comienza en el punto de suministro de energía:si bien actualmente se necesita una fuente de energía para iniciar la reacción, el siguiente objetivo sería producir un material con su propio sistema de almacenamiento de energía, de modo que la reacción se desencadena esencialmente "internamente" tan pronto como, por ejemplo, se produce una sobrecarga y se hace necesaria la amortiguación. "Ahora todavía tenemos que activar el interruptor nosotros mismos, pero nuestro sueño sería que el sistema material pudiera lograr esto por sí solo ".