El Lobezno de los materiales podría salvar el planeta

¿Sabías que Lobezno (Wolverine), Deadpool, Piccolo y Terminator comparten la capacidad de sanar al instante sus heridas? Aunque parezca un concepto alejado de lo “natural”, lo cierto es que los organismos pluricelulares también tenemos esta capacidad, pero más limitada. Ahora piensa en un material que pueda repararse a sí mismo…

Saul Utrera Barrios, Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros (ICTP – CSIC); Marianella Hernandez Santana, Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros (ICTP – CSIC); Miguel Angel Lopez Manchado, Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros (ICTP – CSIC) y Raquel Verdejo Márquez, Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)

Imagina un mundo en el que objetos cotidianos, como los neumáticos o el envoltorio de tus alimentos, puedan repararse solos cuando se rompen o desgastan. Estaríamos hablando de haber conseguido el “Lobezno” de los materiales.

No es una trama de un cómic, un manga o una película de ciencia ficción, sino más bien un concepto genuino e innovador en el campo de la ciencia de materiales conocido como autorreparación.

Inspirados en la naturaleza, los objetos con la misma capacidad de sanarse que el popular personaje de Marvel podrían ser clave en el contexto ambiental actual que exige un uso más eficiente de nuestros recursos y la construcción de un futuro sostenible.

Materiales que imitan a la naturaleza

Al igual que la piel de Lobezno se regenera rápidamente después de un combate, los científicos hemos logrado emular la capacidad de autorreparación en diversos materiales, reparando daños de forma casi instantánea.

Ejemplos recientes incluyen metales como el acero y aluminio. También se ha desarrollado un hormigón autorreparable, material estrella en la construcción, y algunos materiales compuestos reforzados con fibras, que son esenciales en la fabricación de aviones.

Otro campo en el que se han logrado avances significativos es el de los polímeros, como los plásticos o cauchos. Concretamente, los cauchos, usados principalmente en neumáticos, están siendo diseñados para repararse de forma autónoma.

Estos resultados presagian un futuro donde los materiales podrán sanar sus daños, como si fueran un superhéroe. Pero ¿cómo se consigue?

La ciencia de los materiales autorreparables

Para dotar a los materiales de capacidad de autorreparación se recurre a dos enfoques: extrínsecos e intrínsecos.

Los mecanismos extrínsecos implican el uso de agentes externos que se encargan de la reparación. Imagina a Lobezno sin su capacidad mutante de regeneración y, en su lugar, con un traje equipado con pequeños dispositivos o sistemas externos que detectan y reparan daños.

En los materiales autorreparables extrínsecos, estos dispositivos están formados por pequeñas “cápsulas” o “redes vasculares”. Cuando el material sufre un daño, estas cápsulas o redes se rompen, liberando el agente reparador que sella el daño y restaura su integridad.

Por otro lado, los mecanismos intrínsecos son propios del material. Como el factor de curación mutante en el ADN de Lobezno, estos mecanismos residen en las estructuras moleculares.

Los polímeros autorreparables intrínsecos se diseñan introduciendo enlaces o interacciones dinámicas y reversibles. Algunos ejemplos son enlaces de hidrógeno, disulfuros, interacciones iónicas, enlaces de coordinación, o enlaces de tipo Diels-Alder.

Cuando el material sufre un daño, los enlaces químicos que forman las estructuras moleculares se rompen. Al aplicar estímulos como calor, corriente eléctrica o presión, las estructuras ganan movilidad y se reorganizan en la zona dañada. Este baile molecular, aleatorio y efectivo, resulta en la regeneración de la zona, reparando el daño y restaurando el material.

Hacia un mundo autorreparable

La capacidad de Lobezno de curarse casi instantáneamente es asombrosa, aunque no perfecta. Ha sido herido, envenenado y ha estado a punto de morir en numerosas ocasiones. De igual manera, la autorreparación tiene el potencial de transformar la forma en que concebimos y utilizamos los materiales en nuestra vida, evocando un futuro de ciencia ficción, pero existen desafíos significativos que la ciencia aún tiene que superar.

El equilibrio entre el tiempo y la eficiencia de la reparación, así como la capacidad de repetición del proceso es crucial: ¿cómo garantizar que un material pueda repararse rápidamente y múltiples veces sin perder sus propiedades originales?

En términos económicos, los costes de producción, actualmente más elevados que los de los materiales convencionales, deben ser optimizados. Además, los procesos de reparación deberían ser realizados in situ para reducir interrupciones de servicio que se traduzcan en pérdidas económicas.

También es esencial garantizar que los materiales y los procesos involucrados sean respetuosos con el medio ambiente, no generen toxicidad ni perpetúen la espiral de contaminación.

Mientras tanto continuamos inspirándonos en la naturaleza y en la ciencia ficción para innovar. Estamos cada vez más cerca de un futuro en el que los materiales, al igual que Lobezno, se curen a sí mismos y sean capaces de enfrentar desafíos recuperándose de ellos. El camino hacia un mundo más sostenible y autorreparable está, literalmente, en nuestras manos.

Saul Utrera Barrios, Investigador en Ciencia y Tecnología del Caucho, Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros (ICTP – CSIC); Marianella Hernandez Santana, Investigadora Ramón y Cajal, especialista en materiales autorreparables y economía circular, Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros (ICTP – CSIC); Miguel Angel Lopez Manchado, Profesor de Investigación de materiales compuestos, Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros (ICTP – CSIC) y Raquel Verdejo Márquez, Investigadora Científica, Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.