Cómo Hacer Adhesivo Tan Bueno Como Un Gecko

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Los científicos intentan desarrollar un pegamento basado en el pie pegajoso del gecko.

Este artículo de Detrás de las escenas se proporcionó a WordsSideKick.com en colaboración con la National Science Foundation.

El científico de materiales Ali Dhinojwala llegó a los EE. UU. Hace casi dos décadas para obtener un doctorado, basándose en una educación en ingeniería química en la India y dejando atrás su propia fábrica y negocio.
"Crecí en una familia de negocios, así que fue una elección obvia de carrera", dijo. "Rápidamente me di cuenta de que a la fábrica le faltaba un componente de investigación, así que vine a los Estados Unidos para adquirir ese conocimiento porque la capacitación para graduados no estaba tan desarrollada en India en ese momento". Y aunque todavía visita a su familia, en lo que se refiere a su carrera, nunca mira hacia atrás.
En 2002, Dhinojwala se enteró por primera vez de la estructura especial de los dedos de los lagartos cuando asistió a una conferencia. Ahora, Dhinojwala y sus colegas están haciendo avances en el creciente campo de la ingeniería inspirada en gecko.
En la primera parte de esta década, los científicos ya estaban tratando de desarrollar un adhesivo sintético inspirado en el pie del gecko, y con buena razón. A diferencia del pegamento y otros adhesivos pegajosos, la adhesión del gecko no deja residuos, no se degrada con el tiempo y, en un giro extraño, los pies de un gecko se limpian por sí mismos (más sobre esto más adelante).
La capacidad del gecko para adherirse a las superficies verticales, incluso caminar de cabeza hacia abajo en los techos, se debe a la estructura jerárquica especial de sus dedos. Los dedos de los pies están cubiertos de pelos microscópicos llamados pelos que se dividen en cientos de estructuras más pequeñas llamadas espátulas, cada una de ellas de una millonésima de metro. Con sus pies especializados, la tracción de un gecko es tan fuerte que puede soportar más de 100 veces su peso.
"No hay pegamento involucrado", dijo Dhinojwala. En cambio, la tracción resulta de una propiedad física conocida como la fuerza de van der Waals, una atracción transitoria que puede ocurrir de un átomo a otro en la escala de las moléculas.
Cuando un gecko coloca su pie en la pared y dobla los dedos de los pies, las espátulas diminutas se acercan tanto a los rincones y grietas de la superficie de la pared que sus átomos interactúan con los átomos de la pared, haciendo que las fuerzas de van der Waals entren en juego. Para apretar o aflojar su agarre, el gecko se enrolla y desenrolla sus dedos, repitiendo el proceso más de 15 veces por segundo.

Una foto muy ampliada de la estructura del pie de gecko que se muestra en la conferencia de 2002 le recordó a Dhinojwala una foto que había visto de algunas estructuras de nanotubos de carbono que un amigo creció en su laboratorio. Cuando comparó las dos imágenes en su mente, se dio cuenta de que los nanotubos podrían ser un material ideal para imitar la almohadilla de un gecko dotado de gimnasia.
Dhinojwala y su equipo de la Universidad de Akron se pusieron a trabajar para desarrollar columnas de nanotubos que estaban enraizados en piezas de polímeros flexibles. Los investigadores cultivaron los nanotubos en una base de silicona similar al vidrio y luego los transfirieron a un polímero similar al plástico para proporcionar la flexibilidad inherente a los suaves cojines de un pie de gecko natural. El polímero es pegajoso, por lo que cuando se seca, contiene la base de silicona que contiene los nanotubos.
Dhinojwala y su equipo utilizaron la técnica para desarrollar una cinta adhesiva que se adhiere cuatro veces mejor que el pie de un gecko y continúan refinando la tecnología para optimizar la fuerza del adhesivo.
Por ejemplo, mientras que las columnas sólidas o una "alfombra" extendida de nanotubos producen cintas más débiles, los investigadores demostraron que la disposición de los nanotubos individuales en columnas distintas logra la mayor resistencia, con parches de "tablero de ajedrez" que resultan particularmente efectivos. Dichos parches pueden pelarse y usarse repetidamente sin debilitarse.
Los investigadores, apoyados por una subvención del Programa de Polímeros de la División de Investigación de Materiales de la NSF, anunciaron sus últimos descubrimientos el 26 de junio de 2007, procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
Aunque la tecnología aún está en su infancia, Dhinojwala ve una serie de aplicaciones. Las cintas domésticas actuales ofrecen buenas propiedades adhesivas, pero su adherencia eventualmente desaparece y la cinta se desprende. La cinta de gecko sintética proporcionaría un archivo adjunto permanente. En el ejército, Dhinojwala ve un lugar obvio para la tecnología en los pies de los robots que deben negociar superficies ásperas u obstáculos como paredes. Las aplicaciones industriales podrían incluir el campo de la microelectrónica, donde los componentes de los tableros de computadoras requieren soldadura para permanecer juntos. Con la cinta gecko sintética, los componentes podrían pegarse entre sí sin calor, lo que ahorra energía, y los materiales plásticos más baratos y livianos podrían reemplazar al metal.
Otro artículo, actualmente en revisión, describe una cinta sintética desarrollada recientemente con propiedades de autolimpieza.
"Una vez que un gecko camina sobre tierra o polvo, solo toma dos o tres pasos para recuperar el 50 por ciento de su capacidad de adherencia", dijo Dhinojwala. "Los materiales adhesivos disponibles en la actualidad pierden su adherencia una vez que la suciedad o el polvo cubren la superficie. Estamos tratando de entender mejor esta característica para poder implementarla en el material sintético".

Nota del editor: Esta investigación fue apoyada por la National Science Foundation (NSF), la agencia federal encargada de financiar la investigación básica y la educación en todos los campos de la ciencia y la ingeniería. Ver el archivo detrás de las escenas.


Suplemento De Vídeo: How do geckos defy gravity? - Eleanor Nelsen.




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