A lo largo de la historia, los materiales y los avances en la ciencia de los materiales han tenido un gran impacto en la humanidad. Puede que ahora estemos a las puertas del siguiente salto en este tipo de tecnología, con productos y funciones que nunca antes habríamos creído posibles.
Las exigencias de la industria requieren materiales más ligeros, tenaces, finos, densos y flexibles o rígidos, además de resistentes al calor y al desgaste. Al mismo tiempo, los investigadores están forzando los límites de lo que imaginábamos posible, y buscan un medio para mejorar y optimizar los materiales existentes y encontrar materiales completamente nuevos que, a pesar de estar a años luz de poder aplicarse al uso diario convencional, nos lleven por senderos tecnológicos completamente nuevos.
El cielo es el límite
Según las investigaciones más recientes, el campo de la ciencia de los materiales aplicada tomará un nuevo rumbo, muy similar a la ciencia ficción. La amenazadora escasez de recursos requiere innovaciones y mentes creativas. En el frente de los materiales, los composites —con unos atributos tan atractivos como su peso ligero, elevada resistencia y gran durabilidad— parece que ocuparán una mayor cuota de mercado y, a medida que aumente su demanda, es probable que más de ellos se basen en energías renovables. La joya más prometedora de esta corona es el grafeno.
El grafeno tiene un grosor de tan sólo un átomo (1 millón de veces más fino que un pelo humano) pero es 200 veces más resistente en peso que el acero, extremadamente flexible, súper ligero y casi transparente, además de ofrecer una gran conductividad térmica y eléctrica. Es el material del que se hacen las leyendas.
De hecho, los investigadores de la Universidad de Nankai en Tianjin, China, recientemente descubrieron que una esponja de grafeno puede convertir la luz en energía, acercando así a la humanidad un paso más a una aeronave sin combustible que funciona sólo a base de luz solar.
Rumbo a la revolución del grafeno
El grafeno fue descubierto casi fortuitamente cuando los profesores Andre Geim y Kostya Novoselov de la Universidad de Manchester experimentaron con lápices y cinta adhesiva en 2004. En 2010, Geim y Novoselov ganaron el Premio Nobel de Física por su investigación sobre el grafeno y, poco después, la Unión Europea destinó mil millones de euros a la financiación del proyecto Graphene Flagship: una iniciativa de investigación dedicada a acelerar el desarrollo de aplicaciones comerciales. Sus posibles áreas de aplicación abarcan desde la depuración del agua y el almacenamiento energético hasta bienes de primera necesidad, ordenadores y demás productos electrónicos. Entretanto, a pesar de que las patentes relacionadas con el grafeno crecen como la espuma, la incorporación industrial comercial del grafeno se ve limitada por los costes de su producción; pero esto puede estar a punto de cambiar. Investigadores de la Universidad de Glasgow han encontrado un método para producir grandes hojas de grafeno 100 veces más barato que el método de producción anterior.
La piel sintética, desarrollada para proporcionar estímulos sensoriales a las personas con extremidades protésicas, es una de las múltiples soluciones que podrían surgir de este desarrollo. «El grafeno podría ayudar a crear una superficie extremadamente flexible y conductiva, capaz de transmitir unas sensaciones inconcebibles con las prótesis actuales más avanzadas», afirma el Dr. Ravinder Dahiya, director del equipo de investigación de la Universidad de Glasgow.
¿El fin de los metales?
Los metales han dominado la industria y han definido periodos completos de la humanidad. Un uso tan prolongado ha generado un sinfín de información y experiencia, pero los científicos e investigadores siguen intentando ampliar los límites de estos materiales. Los nanomateriales tienen un papel predominante en esta investigación, mejorando las cualidades de los metales y abriendo las puertas a nuevas áreas de aplicación. Los avances en los nanocomposites de matriz metálica —composites compuestos parcialmente de nanotubos o nanopartículas de carbono— podrían dar paso a una nueva era de reducción del peso, con una mayor resistencia y rigidez, en la industria aeroespacial.
Si está roto, tráiganoslo
La investigación en el ámbito de los nanocomposites abre nuevas puertas a la posibilidad de crear materiales que se auto-regeneran de forma muy similar a como se cura el cuerpo humano. Los investigadores del Autonomous Materials Systems Group del Instituto Beckman de la Universidad de Illinois centran su trabajo en el desarrollo de materiales de composites de fibra con propiedades auto-regenerativas que implican la integración de agentes curativos, liberados para mezclarse y polimerizar cuando detectan un defecto.
«Los materiales auto-regenerativos ya están aquí», afirma el científico Mark Miodownik. Por ahora, lo que es técnicamente posible no está ni cerca de ser razonable a nivel económico, pero la posibilidad de que algo se arregle sobre la marcha, desde alas de avión, hasta estructuras de bicicletas y piezas de vehículo esenciales para la seguridad del vehículo y los pasajeros, se atisba en el horizonte. Y tendrá un gran impacto en el desarrollo de los productos, los ciclos de vida y la sostenibilidad. Los investigadores incluso están trabajando en materiales que permiten que una carretera se arregle por sí misma, sin necesidad de esperar a que llegue un equipo de mantenimiento agotado e insatisfecho.
Superar a la naturaleza
Durante muchos siglos la ciencia de los materiales ha progresado a base de descubrimientos fortuitos de materiales que ya existían en la naturaleza. Sin embargo, los científicos contemporáneos no se limitan a buscar en la naturaleza, sino que combinan múltiples materiales diferentes para crear propiedades que no existen, o al menos no han sido descubiertas, en la naturaleza.
Uno de estos desarrollos es un conjunto de surcos diseñado para semejarse a la piel de un tiburón. El micropatrón, nombrado Sharklet, protege de la acumulación y transmisión de bacterias y está siendo desarrollado para usarse en hospitales y entornos sanitarios.
Otro desarrollo en el ámbito de los materiales está relacionado con la invisibilidad. Los físicos de varios países están desarrollando meta-materiales que albergan la promesa de hacer invisibles los objetos al cubrirlos con un material capaz de doblar la radiación electromagnética, como la luz alrededor de un objeto, y crear la ilusión de que no están ahí.
Sostenibilidad como motor
La ciencia de los materiales y el desarrollo de nuevos materiales, además de la optimización de los existentes, parecen ir a jugar un papel clave en áreas como la escasez de recursos y la sostenibilidad. Los nuevos materiales, como los materiales de construcción que absorben la luz, podrían ayudar a contrarrestar el calentamiento global.
Estamos a punto de comenzar una nueva era, una era caracterizada no sólo por la digitalización y el Internet de las cosas sino también, principalmente, por los nuevos materiales; materiales que pueden convertir nuestro futuro en más sencillo, seguro y sostenible. El cielo es literalmente el límite.
