Una gran tecnología conlleva una gran responsabilidad.
Todo niño que haya leído un cómic o visto una película de Spider-Man ha intentado imaginar cómo sería lanzar una telaraña desde su muñeca, volar sobre las calles y atrapar a los villanos. Los investigadores de la Universidad de Tufts tomaron esas escenas imaginarias en serio y crearon la primera tecnología de lanzamiento de telarañas, en la que un material fluido puede ser disparado desde una aguja, solidificarse de inmediato como un hilo y adherirse a objetos para levantarlos.
Estas fibras pegajosas, creadas en el Silklab de la susodicha universidad, provienen de los capullos de la polilla de seda, los cuales se hierven en una solución y se descomponen en sus proteínas base, llamadas fibroína. La solución de fibroína de seda puede extruirse a través de agujas finas para formar un chorro que, con los aditivos adecuados, se solidifica en una fibra al exponerse al aire.
Superhero technology!
Inspired by Spider-Man, researchers at the Tufts University Silklab created the first web-slinging technology in which a fluid material can shoot from a needle, immediately solidify as a string, and adhere to and lift objects.
The device can shoot fibers… pic.twitter.com/NQZx80df8K
— Katherine Champagne (@keccers) October 16, 2024
Por supuesto, la naturaleza es la inspiración original para desplegar fibras de seda en forma de lazos, telarañas y capullos. Las arañas, hormigas, avispas, abejas, mariposas, polillas, escarabajos e incluso las moscas producen seda en algún momento de su ciclo de vida. Esta capacidad natural también inspiró al Silklab a innovar con la fibroína de seda, creando adhesivos potentes que funcionan bajo el agua, sensores imprimibles que pueden aplicarse a casi cualquier superficie, recubrimientos comestibles que prolongan la vida útil de los alimentos, materiales capaces de recolectar luz que pueden mejorar significativamente la eficiencia de las celdas solares, y métodos de fabricación de microchips más sostenibles.
Sin embargo, a pesar de los grandes avances con materiales basados en seda, los investigadores aún no habían logrado replicar la maestría de las arañas, que pueden controlar la rigidez, elasticidad y propiedades adhesivas de los hilos que tejen.
Un avance que surgió por accidente
«Estaba trabajando en un proyecto para crear adhesivos extremadamente fuertes usando fibroína de seda, y mientras limpiaba mi equipo con acetona, noté que se formaba un material similar a una telaraña en el fondo del vaso», explicó Marco Lo Presti, profesor asistente de investigación en Tufts.
El descubrimiento accidental resolvió varios desafíos de ingeniería para replicar los hilos de araña. Las soluciones de fibroína de seda pueden formar un hidrogel semisólido lentamente en varias horas al exponerse a solventes orgánicos como etanol o acetona. Sin embargo, la presencia de dopamina, utilizada en la creación de adhesivos, permitió que el proceso de solidificación ocurriera casi de inmediato. Al mezclar rápidamente el solvente orgánico, la solución de seda generó fibras con alta resistencia y pegajosidad. La dopamina y sus polímeros utilizan la misma química que los percebes para formar fibras que se adhieren tenazmente a las superficies.
El siguiente paso fue hacer girar las fibras en el aire. Los investigadores añadieron dopamina a la solución de fibroína de seda, lo que aceleró la transición de líquido a sólido al extraer el agua de la misma. Al ser disparada a través de una aguja coaxial, una fina corriente de solución de seda rodeada por una capa de acetona se solidificaba al contacto con el aire. La acetona se evaporaba en pleno vuelo, dejando una fibra adherida a cualquier objeto que tocara.
Para mejorar la solución de fibroína de seda y dopamina, se añadió quitina, un derivado de los exoesqueletos de insectos, que aumentó hasta 200 veces la resistencia de las fibras, y un tampón de borato, que incrementó su adhesividad en unas 18 veces.
El diámetro de las fibras se podía variar desde el grosor de un cabello humano hasta aproximadamente medio milímetro, según el calibre de la aguja.
Disparando como Spider-Man
El dispositivo puede disparar fibras capaces de levantar objetos que pesan hasta 80 veces su propio peso bajo diversas condiciones. Los autores del estudio demostraron esto levantando un capullo, un perno de acero, un tubo de laboratorio flotando en agua, un bisturí parcialmente enterrado en arena y un bloque de madera a una distancia de unos 12 centímetros.
«Si observas la naturaleza, verás que las arañas no pueden disparar su telaraña. Por lo general, tejen la seda de su glándula, la ponen en contacto con una superficie y luego extraen los hilos para construir sus redes. Estamos demostrando una forma de disparar una fibra desde un dispositivo, para luego adherirla y levantar un objeto a distancia. Más que presentar este trabajo como un material inspirado en la biología, es un material inspirado en superhéroes», señaló Lo Presti.
Scientists create Spider-Man style web-slinging technology.#silk #biomimicry #discovery #cool #HKeye pic.twitter.com/0ky4NouW35
— HKeye (@HKeye_) October 16, 2024
La seda de araña natural sigue siendo aproximadamente 1000 veces más fuerte que las fibras artificiales de este estudio. Pero con un poco más de imaginación e ingeniería, esta innovación continuará mejorando y abrirá camino a una amplia gama de aplicaciones tecnológicas.
«Como científicos e ingenieros, navegamos en la frontera entre la imaginación y la práctica. Ahí es donde ocurre toda la magia», comentó Fiorenzo Omenetto, profesor de Ingeniería Frank C. Doble en la Universidad de Tufts y director del Silklab. «Podemos inspirarnos en la naturaleza, en los cómics y en la ciencia ficción. En este caso, queríamos hacer ingeniería inversa con nuestro material de seda para que se comportara como la naturaleza lo diseñó originalmente, y como los escritores de cómics lo imaginaron».
La innovación se ha publicado en la revista Advanced Functional Materials.
Fuente: Tufts. Edición: MP.
Inspirados en Spider-Man, científicos recrean tecnología de lanzamiento de telarañas