Una Revolucion Materialista

Yogi Berra dijo alguna vez que todo era difícil de predecir, "especialmente el futuro", y esto es más elocuente cuando lo que se quiere es visualizar el futuro de los materiales: La evolución histórica de los materiales, según los especialistas, "comenzó por los materiales de fundición; posteriormente se amplió a los materiales metálicos y en otra etapa a los materiales industriales". En esta última fase se sembró el concepto de Generación de Valor con el objetivo de desarrollar materiales y procesos industriales con las normas de calidad de vida y con respeto al medio ambiente. En la pista de la evolución de la actividad, y con el propósito de incrementar la Generación de Valor al Cliente, se llegó de lleno en un nuevo concepto del material industrial, el Material de Uso Funcional. Este tipo de materiales, de tecnología más intrincada, se incorporó con más frecuencia a la vida cotidiana, como se aprecia en el caso de la medicina, o Biomedicina, más bien, donde hoy mismo se resuelven aspectos de biocompatibilidad de implantes, prótesis, catéteres, y muchas cosas más. De hecho, aparecen nuevas drogas y medicamentos con nuevos dispositivos para la salud. También se habla de lentes perfectos que varían sus propiedades ópticas en función de la radiación que captan; y de seguridad, de comunicaciones, de componentes estructurales de aviones y de automóviles. Se han creado edificios sensibles de daño, y que alertan a los administradores de las piezas que deben ser reparadas para prevenir averías que puedan poner en peligro a los habitantes. Los científicos han inaugurado una nueva era de materiales avanzados que han empezado a imitar a los naturales. En un futuro próximo, surgirá una tercera generación de biomateriales cuyo campo de aplicación en la biomedicina habrá crecido vertiginosamente, hasta imitar a los tejidos humanos, o materiales fotónicos que permitan el transporte y almacenamiento de información de forma más rápida y eficaz que los actuales sistemas electrónicos. El eminente científico español Emilio Castro Otero, del Departamento de Física de la Materia Condensada de la Universidad de Santiago de Compostela, desplegó en una larga entrevista, que "los nuevos materiales del futuro serán nano, inteligentes y biomiméticos". El trabajo del investigador español se enfoca ahora al estudio de las propiedades de un tipo de plástico, los copolímeros de bloque, que ya están en el horizonte de los laboratorios. Según el investigador, los nuevos materiales que ocuparán las posiciones más comunes en la vida cotidiana son mezclas de las grandes familias de materiales tradicionales: "el desarrollo de nuevos materiales va dejando obsoletas las clasificaciones en cerámicas, metales, polímeros, materiales compuestos, biomateriales, semiconductores, superconductores, materiales magnéticos y catalizadores. El futuro está en el mestizaje". Durante el resto del siglo XXI "conviviremos con nuevos materiales que se desarrollarán a partir de materiales ordinarios (cerámicas, metales, polímeros, materiales compuestos y biomateriales) y destacarán por los tres aspectos principales ya mencionados. La inteligencia de los materiales Desde los laboratorios, cada vez con mayor ímpetu, los materiales inteligentes está revolucionando la forma de concebir la síntesis de materiales, ya que están diseñados para responder a estímulos externos, extender su vida útil, ahorrar energía o simplemente ajustarse para ayudar al confort del ser humano. Según algunos pronósticos, el desarrollo de materiales "inteligentes" les permitirá a los objetos convertirse en entes auto-replicantes, auto-reparables y, si fuera menester, auto-destructibles, reduciéndose con ello los residuos y aumentando su eficiencia. Los materiales biomiméticos intentan replicar o, más bien, mimetizar los procesos y materiales biológicos, tanto orgánicos como inorgánicos. Algunos investigadores opinan que si se puede profundizar aún más en "los procesos utilizados por los organismos vivos para sintetizar minerales y materiales compuestos servirá, por ejemplo, para desarrollar materiales ultra-duros y, a la vez, ultraligeros para las aeronaves". Por otro lado, los científicos han estado buscando materiales que – revestidos con sensores y controles – puedan actuar como lo hacen los sistemas biológicos. De hecho ya hay algunos progresos en ese sentido en lo que han dado en llamar "materiales inteligentes", lo que permite suponer que en breve tiempo habrá materiales que efectivamente puedan auto-reparase o "adaptarse autónomamente en determinadas condiciones ambientales". Como ejemplos se han citado: "un puente que podría reforzarse a sí mismo y sellar grietas durante un terremoto, o un automóvil que podría recuperar su forma original después de un accidente". Semejantes a los sentidos de los seres vivos, estos sistemas podrían adaptarse a diferentes exigencias y solucionar cualquier daño posible. Sin embargo, los científicos hablan de un montón de ayudas extras, de soportes, como motores y "actuantes" que deben conducirse de manera parecida a los músculos, en tanto que los "sensores deben comportarse como nervios, y contar con memoria y redes computarizadas que representen al cerebro y la columna vertebral". Los materiales inteligentes que ya han sido investigados son los materiales compuestos multifuncionales, capaces de absorber las vibraciones y reducir la contaminación sonora. Cuando el material comienza a vibrar sus sensores se activan. Entonces, "la señal del sensor es procesada por un regulador que controla a su vez a los "actuantes" integrados, para absorber las vibraciones. Unas fibras cerámicas milimétricas son utilizadas para convertir la tensión mecánica o térmica en señales eléctricas. En particular, la medicina está aprovechando la aparición de los materiales inteligentes. Lo más llamativo en este campo han sido los pequeños tubos de metal conocidos como stents, y que son implantados en las arterias para reforzarlas y prevenir bloqueos posteriores. "Los stents del futuro serán inteligentes –explican los científicos-. Se inyectarán en las venas, mediante procedimientos médicos sencillos, y asumen la forma deseada en la arteria afectada, ensanchándola y mejorando la circulación sanguínea". La transformación será accionada por la temperatura corporal, evitando una intervención complicada para el paciente. Hay experiencias, además, con materiales sintéticos que tienen "efecto de memoria". Existen hilos que se anudan solos, espirales que recuerdan su forma extendida original. Los "materiales con memoria" recuerdan su forma y ante el calor o la luz, por ejemplo, regresan de inmediato a su forma de origen. Los polímeros tienen futuro Por el lado de los polímeros, algunas aplicaciones ya se salieron de las páginas de la ciencia ficción para incorporarse a la revolución tecnológica que tiene lugar en la Bioingeniería y las Nanotecnologías. Como se mencionaba, ya existen materiales inteligentes que modifican sus propiedades en relación con las necesidades de cada momento, como los tejidos que detectan la temperatura del cuerpo y transpiran en mayor o menor grado para resultar más cómodos. Asimismo, algunos materiales compuestos pueden ser empleados para el almacenaje y control de energías limpias, como pilas de combustible, o de hidrógeno. Existen nuevos polímeros conjugados que presentan propiedades lumínicas muy especiales con calidades de pantallas más baratas y planas que las actuales, inclusive pueden doblarse. Se habla, además, de pinturas con polímeros que permiten iluminar los espacios con distintos colores, dependiendo del humor de los habitantes. En definitiva, los futuros desarrollos tratarán de producir mejores polímeros, más baratos y con menor impacto ambiental, ofreciendo una mayor calidad de vida a los ciudadanos. Pero los polímeros en su mayoría proceden de los hidrocarburos, y su reciclaje sigue siendo un reto, por eso los materiales con las propiedades de los polímeros, pero cuyo impacto ambiental no sea muy alto podrían convertirse en una gama infinita de productos de gran importancia: "con los nuevos polímeros se podrán fabricar o construir objetos cada vez menos pesados y con las mismas cualidades que otros armados con otros materiales más tradicionales, desde coches hasta músculos artificiales…" Sin embargo su avance depende del mercado. Las nanofábricas La hazaña de diseñar y manipular en tamaños diminutos tendrá premios en casi todas las esquinas de la realidad. Los nanomateriales, con soluciones a escala molecular, se convertirán en los motores conductores de los avances tecnológicos de este nuevo siglo. "La nanotecnología -según definen-, es la ciencia de fabricar y controlar estructuras y máquinas con tamaños menores a un micrón". Como punto de comparación, el diámetro de un pelo humano es aproximadamente 50 micrones. Nuevas técnicas de nanofabricación prometen un campo de investigación que puede ser crucial para la competitividad de las economías en el futuro. La nanotecnología, y los nuevos materiales, han hecho surgir a los llamados "metamateriales", que son una nueva clase de materiales con propiedades no observadas en la naturaleza. En una entrevista que apareció en BBC Mundo, Daniel López, un investigador del Laboratorio de Nanofabricación de Bell Labs, de Lucent Technologies, recalcó que hoy en día existen técnicas de nanofabricación que permiten elaborar estructuras con tamaño mucho menor que un micrón. Y definió a los metamateriales como compuestos ordenados cuyas propiedades físicas son distintas a la de sus constituyentes. "Por ejemplo, el índice de refracción de un metamaterial puede ser negativo mientras el índice de refracción de las partes constituyentes es siempre positivo". Muchos metamateriales se fabrican con técnicas de nanotecnología similares a las que se usan para fabricar micromáquinas y circuitos integrados. Un ejemplo es la fabricación de lentes planos. En general, la forma de los lentes ópticos es lo que define sus propiedades, pero con los metamateriales se pueden fabricar lentes planos que permitan enfocar luz en áreas más pequeñas que la longitud de onda de la luz. "Mientras en un lente de vidrio, la forma y detalles de la superficie definen sus propiedades, en un metamaterial el tamaño de sus componentes es el que define sus características". Los metamateriales no sólo se fabrican con nanotecnología, también se les fabrica con la microtecnología. Es importante poder fabricar artificialmente estos metamateriales con tamaños del orden de nanómetros a varios micrones, para poder diseñarlos para el uso que uno quiere. Cabe recordar que para aplicaciones ópticas, el tamaño de las partes que forman el metamaterial varían desde nanómetros hasta un micrón, mientras que para aplicaciones en comunicaciones se necesitan tamaños entre micrones a milímetros". Una ventaja de los metamateriales, según plantea este investigador, es que ya hay quien piensa usarlos en las llamadas computadoras ópticas, aunque por el momento aún no hay ningún resultado. Las ventanas abiertas del porvenir En cuanto a las investigaciones más interesantes sobre nuevos materiales, Castro Otero señala que los más destacado se hallan en el diseño de materiales a la medida (empezando por su composición, fases constituyentes y microestructura), con el fin de obtener un material con unas propiedades adecuadas para una aplicación determinada. Sin embargo, reconoce que por ahora no es posible abarcar todas las líneas de investigación abiertas y prometedoras que impulsan a la ciencia y tecnología de materiales (sólo en la Unión Europea hay más de 1,400 proyectos de investigación, y de las variadas investigaciones en nanomateriales buen número permitirán la liberación de fármacos (drug delivery, en inglés) ultra-precisos, nanomáquinas para la microfabricación, dispositivos nanoelectrónicos, tamices moleculares ultra-selectivos y nanomateriales para vehículos de alta complejidad, como los aviones. En el caso de los materiales inteligentes hay ya experimentos muy adelantados con músculos artificiales y materiales que pueden 'sentir' sus propias fracturas. Entre los materiales biomiméticos sobresalen las investigaciones para la obtención de seda sintética con propiedades similares a la de las telarañas, por chips de ADN o por el crecimiento de cristales en el interior de 'jaulas' víricas". Asimismo, el acento se pone en el tema del medio ambiente y el desarrollo sostenible. Lo que se refleja en la búsqueda de nuevas tecnologías "para la generación de energía, dispositivos energéticamente más eficientes y materiales reciclables y menos tóxicos". Por otro lado, en el campo de la salud se investiga en "el desarrollo de huesos y tejidos artificiales biocompatibles, sistemas de liberación de fármacos más eficientes y seguros y sistemas de depuración de agua. En el terreno de las Tecnologías de la Información, los científicos están encontrando nuevos materiales magnéticos, ópticos y electrónicos. Para los interesados en temas de empaque y embalaje, y la creación de nuevos aditivos, las investigaciones no tardan en hacer caer como una cascada numerosos productos nuevos. De igual modo, en el ámbito del transporte, ya se habla de estructuras ultra-ligeras de aluminio, de sistemas de frenado para trenes de alta velocidad, de aviones más estables o de teselas aislantes para la reentrada a la tierra de transbordadores espaciales…" El futuro, como se palpa, es una caja de sorpresas. Vanessa Gaviria CRF http://www.ambienteplastico.com/artman/publish/article_647.php