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Nancinta adhesiva
Durante años, los científicos de materiales han intentado ponerse al día con los geckos. Los adhesivos que, como los pies de gecko, son secos, potentes, reutilizables y autolimpiables podrían ayudar a los robots a trepar por las paredes o mantener unidos los componentes eléctricos, incluso en las duras condiciones del espacio exterior. Pero ha sido difícil diseñar adhesivos fuertes que puedan volver a levantarse. Ahora, los investigadores han desarrollado un adhesivo hecho de nanotubos de carbono cuya estructura se asemeja mucho a la de los pies de gecko. Es 10 veces más adhesivo que las patas de las lagartijas y, al igual que el adhesivo natural, es fácil de levantar. Y funciona en una variedad de superficies, incluidos vidrio y papel de lija.
Cinta de gecko: Las matrices de nanotubos de carbono con una sección alineada verticalmente (parte inferior izquierda) y una capa superior ramificada y enredada (parte inferior derecha) imitan las estructuras de los pies de gecko, pero son 10 veces más adhesivas.
Desarrollado por un grupo liderado por Liming Dai , profesor de ingeniería de materiales en la Universidad de Dayton, y Zhong Wang , director del Centro de Caracterización de Nanoestructuras de Georgia Tech, el adhesivo no es el primero hecho a partir de nanotubos de carbono. Sin embargo, es mucho más resistente que los adhesivos de nanotubos anteriores. Su estructura ramificada imita más de cerca las estructuras de las patas de los geckos, que están cubiertas con millones de pelos a microescala que se ramifican en muchos pelos más pequeños, cada uno de los cuales tiene una interacción eléctrica débil con una superficie. Estas muchas interacciones débiles se suman a una fuerte adherencia sobre el área del pie. Anteriormente, los investigadores han demostrado que las matrices de nanotubos de carbono alineados verticalmente tienen interacciones similares con una superficie.
La gente ha tratado de imitar las estructuras de los geckos, pero no es fácil, dice Dai. Usando un sustrato de silicio, él y su grupo cultivaron matrices de nanotubos de carbono alineados verticalmente rematados con una capa no alineada de nanotubos, como hileras de árboles con puntas ramificadas. La fuerza adhesiva de estas matrices de nanotubos es de aproximadamente 100 newtons por centímetro cuadrado, suficiente para que un cuadrado de cuatro por cuatro milímetros de material pueda sostener un libro de texto de 1.480 gramos. Y sus propiedades adhesivas fueron las mismas cuando se probaron en superficies muy diferentes, incluidas placas de vidrio, películas de polímero y papel de lija rugoso.
Una ventaja de este adhesivo sobre otros es que su resistencia depende en gran medida de la dirección. Cuando se tira en una dirección paralela a su superficie, es muy fuerte. Eso es porque los nanotubos ramificados se alinean, dice Dai. Pero cuando se levanta con poca fuerza, como se despegaría un trozo de cinta adhesiva, los nanotubos pierden contacto uno por uno.
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Mira la cinta en acción.
Cuanto mayor sea la fuerza adhesiva, mejor, dice Ali Dhinojwala , profesor de ciencia de polímeros en la Universidad de Akron. Sin embargo, dice Dhinojwala, que también trabaja con adhesivos de nanotubos de carbono, también debemos resolver otros problemas antes de que sean comercialmente viables. Los robots trepadores requerirán adhesivos que funcionen una y otra vez sin desgastarse ni atascarse con suciedad. Queremos que un robot dé más de 50 pasos en un entorno sucio, dice Dhinojwala. Nadie ha demostrado tener adhesivos fuertes inspirados en los gecos que puedan hacer esto. Y los adhesivos de nanotubos deberán cultivarse en sustratos diferentes a los utilizados hasta ahora. Los nanotubos de carbono son fáciles de cultivar en obleas de silicio; crear grandes áreas de adhesivo no sería un problema. Pero no vamos a pegar obleas de silicona a los pies de los robots, dice Dhinojwala.
Dai dice que la versatilidad de los nanotubos de carbono puede ayudar a superar el problema de la suciedad. Estas estructuras se pueden funcionalizar fácilmente con proteínas y otros polímeros. Dai está desarrollando matrices de nanotubos adhesivos recubiertos con proteínas que cambian de forma en respuesta a los cambios de temperatura. Un robot podría tener pies que se calientan cuando se atascan, arrojando suciedad para que pueda seguir caminando.
Otras aplicaciones del adhesivo pueden aprovechar mejor las propiedades de los nanotubos de carbono que la robótica. Los nanotubos de carbono son altamente conductores de la electricidad y tienen propiedades térmicas prometedoras, señala Dai. Los adhesivos de nanotubos creados para reemplazar la soldadura para mantener juntos los componentes electrónicos también podrían actuar como disipadores de calor. Otros adhesivos inspirados en gecko hechos de polímeros no pueden soportar altas temperaturas, dice Metin Sitti , quien dirige el laboratorio de nanorobótica en Carnegie Mellon. Las naves espaciales que usan adhesivos de nanotubos en lugar de polímeros podrían ir a áreas más calientes.