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Rocódromos con nanotubos de carbono
Los investigadores han desarrollado una cinta a base de nanotubos de carbono que podría resultar útil para crear robots que trepen paredes y guantes adhesivos especiales para astronautas. A diferencia de la cinta común, que eventualmente pierde su pegajosidad, este nuevo material se adhiere como un pegamento permanente, pero se puede quitar y reutilizar. También puede adherirse a una variedad más amplia de materiales, incluidos vidrio y teflón.
Los investigadores han imitado los pelos de las patas de un gecko (imagen inferior) haciendo crecer nanotubos de carbono en haces.
Apodado cinta de gecko por los investigadores, el material funciona imitando las estructuras de nano y microescala en los pies de los geckos que les permiten escalar rápidamente las paredes y correr por los techos. La cinta es reutilizable y no se seca ni se desliza de la pared porque, a diferencia de la cinta ordinaria, no utiliza pegamentos viscoelásticos. En cambio, emplea nanotubos de carbono para hacer uso de las fuerzas de van der Waals a microescala que ocurren en rangos muy cortos entre superficies. Los haces de nanotubos se adaptan a las variaciones microscópicas más leves en una superficie, de la misma manera que los haces de fibras de queratina nanoscópicas que forman los pelos de las patas de los geckos les permiten adaptarse a las paredes.
Al igual que la cinta ordinaria, la cinta de gecko se adhiere fuertemente cuando se tira paralela a una superficie; puede soportar poco menos de 10 libras por centímetro cuadrado. Pero la cinta se puede despegar con relativa facilidad cuando se tira perpendicular a una superficie.
A medida que ha aumentado el control a nanoescala sobre los materiales, también lo ha hecho el número de grupos que desarrollan versiones de la cinta gecko. Pero la nueva cinta, hecha por investigadores de la Universidad de Akron y el Instituto Politécnico Rensselaer (RPI), es mucho más fuerte que esas versiones y puede soportar cuatro veces más peso por área que los pies de gecko. Otros investigadores han intentado utilizar nanotubos de carbono en el pasado, en parte porque son muy fuertes y pueden soportar temperaturas mucho más altas que el plástico, por lo que serían útiles en más aplicaciones. Pero esos nanotubos eran demasiado rígidos para ser prácticos, dice Manoj Chaudhury , profesor de ingeniería química en la Universidad de Lehigh, que ha trabajado en proyectos similares. Entonces, los investigadores de Akron y RPI modificaron los nanotubos aprovechando el hecho de que pueden cultivarse químicamente para tener varios números de paredes. Los investigadores lograron un equilibrio entre tener demasiadas paredes, lo que hace que los nanotubos sean demasiado rígidos, y tener muy pocas, lo que los debilita, dice Chaudhury.
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Para hacer que la cinta sea aún más fuerte y al mismo tiempo mantener la flexibilidad, los investigadores tomaron un consejo de los geckos. Crecieron nanotubos en paquetes distintos, al igual que los haces de fibras que forman los pelos de las patas de los geckos. Los nanotubos se fabrican exponiendo los catalizadores a materias primas de hidrocarburos: gradualmente, el carbono se acumula en los catalizadores en una disposición atómica distintiva que forma tubos. Los investigadores cultivaron nanotubos en paquetes depositando el material catalizador en un patrón de cuadrados separados. Luego transfirieron estos paquetes de nanotubos a un plástico flexible para hacer la cinta.
La cinta todavía se puede mejorar de varias formas. En este momento, se necesita una cantidad significativa de presión para lograr un buen contacto entre los nanotubos y la superficie, dice Metin Sitti , profesor de ingeniería mecánica en la Universidad Carnegie Mellon, que está desarrollando materiales similares. Chaudhury dice que, en última instancia, sería bueno tener un material que se adhiera con poca o ninguna presión, particularmente para usar con robots trepadores. Ali Dhinojwala , profesor de ciencia de polímeros en la Universidad de Akron, quien dirigió el trabajo, dice que la presión de fijación podría reducirse haciendo cosas como ablandar el respaldo de la cinta.
Los investigadores también quieren fortalecer la cinta. En este momento, cuando se tira en paralelo a una superficie, la cinta se suelta no porque los nanotubos de carbono se desprendan de la superficie, sino porque los propios nanotubos se rompen. Los investigadores están trabajando actualmente en varias formas de fortalecer los nanotubos para aprovechar esta fuerte adhesión. También están trabajando para que la cinta sea reutilizable miles de veces, en lugar de las docenas de veces que se puede usar ahora. Para lograr este objetivo, Dhinojwala y su equipo tendrán que hacer la cinta autolimpiante, como pies de gecko.
Para comercializar la cinta, los investigadores también necesitarán hacer parches de cinta más grandes. Hasta ahora, solo han hecho pedazos de cinta que son mucho más pequeños que una moneda de diez centavos.