Biomímesis. Esta es una palabra que conocí por primera vez hace varios años tras leer una revista “National Geographic” que exponía los avances en esta rama científica y tecnológica la cual busca emular procesos, características y funciones de organismos vivos para desarrollos humanos. Existen ejemplos que van desde el velcro –inspirado por las semillas de una planta de cardo–, trajes de buzo que buscan imitar la piel de tiburón o algúna propiedad aerodinámica de aves en diferentes transportes. 

Ahora, científicos chinos han diseñado un liviano suéter con propiedades similares a las que proporciona el pelaje de un oso polar, cuyos detalles son explicados en un reciente artículo publicado en la revista “Science”: “Mimicking polar bears hairs in aerogel fibers”.

La fibra, hecha de un material sintético ligero conocido como aerogel, mantiene sus propiedades de retención de calor incluso después de estirarla, lavarla y teñirla, explican los autores, académicos del Instituto de Nanotecnología y Nanobiónica de la Academia China de Ciencias y de la Universidad de China.

“Los osos polares tienen un pelaje que tiene un núcleo poroso encapsulado en un caparazón denso, una estructura que mantiene a estos animales calientes y secos pero que es relativamente liviana”, apunta el artículo. Las fibras sintéticas tienen propiedades mecánicas que permiten un entretejido y tejido de punto, a la vez que son excelentes aislantes térmicos. También se pueden producir a escala con un sencillo proceso de encapsulación y liofilización de dos pasos, refiere el editor Brent Grocholski.

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AEROGELES.

Los aerogeles se han considerado como un material ideal para el aislamiento térmico. Desafortunadamente, su aplicación en textiles está muy limitada por su fragilidad y mala procesabilidad. Los científicos chinos señalan haber superado ese problema encapsulando la fibra del aerogel con una capa elástica, imitando la estructura núcleo-caparazón del pelo de un oso polar.

El aerogel no se puede estirar más allá del 2 % de su longitud existente sin ser dañado, pero la fibra compuesta inspirada en el oso polar se recuperó a su longitud original después de ser tirada a un 1000 % de tensión, lo que indica que era más fuerte y más elástica que las fibras de aerogel anteriores, gracias a su revestimiento elástico, explica el artículo. Las propiedades aislantes de la fibra también se mantuvieron después de que se estiró hasta el doble de su longitud 10 mil veces, y no cambió su estructura o forma cuando se sumergió en agua, se secó o se tiñó, añade:

“A pesar de su alta porosidad interna, superior al 90 %, nuestra fibra se puede estirar hasta un 1000 % de tensión, lo que mejora enormemente en comparación con las fibras de aerogel tradicionales. Además de su capacidad de lavado y teñido, nuestra fibra es mecánicamente robusta y conserva su propiedad de aislamiento térmico estable después de 10 mil ciclos de estiramiento (100% de tensión). Un suéter tejido con nuestra fibra tenía solo una quinta parte del grosor del plumón y tenía un rendimiento similar. Nuestra estrategia para esta fibra ofrece ricas posibilidades para desarrollar fibras y textiles de aerogel multifuncionales”.

De acuerdo con Weiwei Gao, científico de materiales de la Universidad de Zhejiang en China, también coautor del estudio, la fibra de prueba de concepto podría usarse algún día para ropa que necesita ser ligera y duradera, como ropa deportiva, uniformes militares y trajes espaciales, sin la necesidad de piel de animal o de plumón.

BIOMÍMESIS.

Ante la falta de flexibilidad de los aerogeles, los científicos chinos recurrieron a los osos polares como medio de inspiración. El núcleo de cada hebra de su piel tiene docenas de pequeñas bolsas de aire que evitan que el calor se aleje, manteniendo a los osos calientes en el duro entorno ártico. Este núcleo poroso está rodeado por una densa carcasa exterior que es resistente al agua, flexible y resistente.

Los científicos utilizaron un enfoque conocido como hilado por congelación, que han utilizado anteriormente para hacer fibras a partir de una solución derivada de gusanos de seda, para hacer cuerdas de fibra de aerogel que imitaban la estructura interna porosa de la piel del oso polar. Para replicar la carcasa exterior, los investigadores recubrieron el aerogel con una fina capa de un material elástico llamado poliuretano termoplástico, que a menudo se utiliza en ropa y equipos deportivos.

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Por otra parte, Shu Hong Yu, experto en materiales, consultado para un artículo de divulgación de la revista “Nature” y quien no participó en la investigación, señaló que el estudio representa un paso hacia la creación de nuevos y emocionantes textiles delgados y térmicos. No obstante, agregó que “el enfoque para crear la fibra es actualmente demasiado lento e intensivo en energía para ampliarlo para la producción en masa”.

PRUEBAS.

Tras las pruebas de tensión, los investigadores tejieron un suéter de la fibra de aerogel y compararon su rendimiento de aislamiento térmico con una chaqueta de plumas, un suéter de lana y un top de algodón de manga larga. El equipo contrató a un voluntario para que usara cada prenda en una habitación que se enfrió a un frío de -20 °C, y midieron la temperatura de la superficie de las cuatro prendas de vestir para evaluar qué tan bien retuvieron el calor.

Aunque el suéter inspirado en el oso polar era cinco veces menos grueso que la chaqueta de plumón, tenía el mejor aislamiento de todas las prendas. Su temperatura media de la superficie era de 3,5 °C, mientras que la chaqueta de plumón fue de 3,8 °C, lo que indica que liberaba un poco más de calor que el suéter. Las camisas de algodón y lana eran las menos aislantes, con una temperatura media de la superficie de 10,8 °C y 7,2 °C, respectivamente. El aislamiento del suéter de aerogel no se degradó después de unos cuantos giros en una lavadora, lo que indica que podría ser lo suficientemente duradero como para usarlo con frecuencia.

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