¡Más resistente que el acero! ¡Tan flexible como muchos plásticos! ¡Y mejor conductora del calor que muchos metales!
¡Uf, que calor hace!
Todos, alguna vez, hemos realizado una actividad al aire libre durante un día soleado o caluroso. Generalmente empezamos con muchas fuerzas y ánimo, por ejemplo, si estamos jugando una cascarita de futbol corremos cual gacelas y hasta nos damos el lujo de lucirnos haciendo fintas y dribles al más puro estilo de Cristiano Ronaldo o Lonel Messi. Conforme transcurre el tiempo de exposición al Sol o el calor, nos pareceremos más a estos jugadores, pero 50 años después. Esto se debe principalmente a la deshidratación producida por estos factores. ¿Te imaginas cómo le hacen los deportistas cuando tienen que competir en algún lugar cálido o en un día muy caluroso de verano? Estudios en medicina del deporte han demostrado que el rendimiento de un atleta puede disminuir hasta un 30% como consecuencia del calor. De ahí la importancia de diseñar ropa adecuada para los atletas que les facilite desempeñarse en condiciones adversas donde el calor esté presente.
El calor no sólo afecta a los atletas, a la gente o a cualquier otro ser vivo, también tiene efecto sobre los aparatos eléctricos. Seguramente te habrás percatado que tu televisión o consola de videojuegos se calienta al usarlos después de un rato, lo mismo sucede con tu teléfono celular o reproductor de MP3. El calentamiento de estos dispositivos a lo largo del tiempo reduce su rendimiento, pero, también puede fundir o dañar algunos de sus componentes (como circuitos, microchips) inhabilitándolos. Por esta razón las grandes empresas tecnológicas están en la búsqueda constante de materiales que les permitan contrarrestar el efecto de sobrecalentamiento de sus componentes.
¿Y ahora quién podrá ayudarnos?
Cuando el deporte y la tecnología parecían estar condenados a las limitantes impuestas por el calor, entra a escena nuestro héroe, que no es precisamente el hombre araña, pero si es todo un arácnido. Ella es la Nephila clavipes, alias la “araña dorada” (por el peculiar color de se telaraña) que ha revolucionado la ciencia de los materiales.
El asombroso material
Uno de los materiales existentes más sorprendentes es la seda con la que las arañas tejen su telaraña. Entre sus propiedades físicas más notables se encuentran su enorme flexibilidad y resistencia. Tan sólo un hilo de la telaraña de N. clavipes, con un grosor equivalente a la quinceava parte del de un cabello humano ( que es de 0.060mm), es más resistente que un hilo de acero del mismo grosor. Pero no todas las sedas de la telaraña tienen esta propiedad, en particular, es el tipo de seda denominado “dragline” que N. clavipes utiliza para anclar la red en su sitio, y que es considerada el material fibroso orgánico más resistente conocido hasta ahora. Incluso puede absorber cuatro veces mejor un impacto que el Kevlar (material utilizado en los chalecos antibalas) al deformarse hasta un 30% de su longitud, cosa imposible para otros materiales.
Queriendo pescarle al hilo
El interés por aprovechar las propiedades de la seda producida por ésta y otras arañas no es tan reciente, se remonta hasta 1709, cuando el naturalista René Antoine Ferchault de Réamour (1683-1757) recibió de parte del gobierno francés (que seguramente consideraba que tenía mucho tiempo libre) la encomienda de elaborar guantes y medias con la seda de huevecillos de araña. Ferchault (a quien debió hacérsele un monumento a la paciencia) después de algún tiempo concluyó que el proceso no era rentable debido a la dificultad que tenia la crianza de arañas, ya que al ser depredadores no podían compartir los mismos espacios, ya que se comerían entre ellas. Durante la Segunda Guerra Mundial se emplearon fibras de seda de telarañas, por su finura, como marcadores en objetivos de rifles, guías de bombas, microscopios y telescopios.
La propiedad desconocida
Conforme se fueron conociendo las características de la seda de las telarañas y sus posibles aplicaciones, fue creciendo el interés por descubrir otras de sus propiedades, entre ellas se comenzó a especular sobre su posible capacidad de conducir el calor. En marzo de 2012, Xinwei Wang y su grupo de Ingeniería mecánica de la Universidad Estatal de Iowa en los Estados Unidos, hicieron un descubrimiento en la seda dragline de N. clavipes. En su estudio, Wang y sus colaboradores, demuestran que la seda de esta araña no sólo tiene una capacidad de conducir el calor (conductividad térmica) muy elevada, sino que supera a la de materiales como el silicón, aluminio y hierro. Además, su conductividad térmica se incrementa conforme aumenta la tensión, caso contrario a lo que ocurre en otros materiales como los nanotubos de carbón, los cuales al aumentar la tensión disminuye su capacidad de conducir el calor. Este descubrimiento no sólo confirma las especulaciones sobre la posible conductividad térmica de la telaraña, sino rompe con la idea que se tenía arraigada por mucho tiempo de que los materiales orgánicos son malos conductores del calor.
El origen
La N. clavipes, es una araña que se distribuye en áreas neotropicales del continente americano, esta araña produce la seda dragline, la cual está formada por proteínas (entre ellas la espidroina) que inicialmente están en forma de gel, y conforme son secretadas se van solidificando. Las propiedades de este tipo de seda están determinadas por las características químicas de los componentes de las proteínas (aminoácidos) y su disposición a lo largo de la misma. Wang considera que la conductividad térmica de la seda se debe principalmente a la presencia de nanocristales (cristales de un tamaño menor a la millonésima parte de un milímetro) en las proteínas de la telaraña y a estructuras con forma de resortes que unen a estas proteínas, pero, como él comentó en su estudio, aún debe ser analizado con mayor detalle. Actualmente Wang y su grupo esperan que su descubrimiento inspire la creación de nuevos materiales naturales o sintéticos con alta conductividad térmica.
Telaraña para rato
Las propiedades físicas que hoy día se conocen sobre la seda de la telaraña de N. clavipes han abierto el campo de estudio en la ciencia de materiales y tienen una enorme cantidad de aplicaciones entre ellas: el desarrollo de ropa, por parte de la industria textil, que permita esparcir o disipar el calor en los lugares cálidos, favoreciendo la disminución de la deshidratación; en la industria de la tecnología y la electrónica permitirá crear mecanismos que eviten el sobrecalentamiento de los circuitos y sus componentes alargando la vida útil de los mismos; en biomedicina se pueden implementar en la elaboración de biomateriales para la fabricación de vendajes que no retengan el calor, evitando el crecimiento de bacterias.
Cómo podrás darte cuenta, la telaraña es un material con propiedades físicas sorprendentes, que abre una variedad enorme de apicaciones y que aún tiene mucho que mostrarnos.
Esta historia continuara…………….
Para saber más
http://nanowerk.com/spotlight/spotid=24599.php
http://news.iastate.edu/news/2012/mar/spidersilk
http://noticiasdelaciencia.com/not/3968/la_seda_de_arana_transmite_el_calor_tan_bien_como_los_metales/
http://frank.itlab.us/spider_2002/spanish_nephila.pdf
http://www.pnas.org/content/87/18/7120.full.pdf
La súper telaraña by Gerardo González Núñez is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 2.5 Mexico License.
Based on a work at www.rutadelbichologo.org.
lunes, 11 de junio de 2012
Súper telaraña
1:01
Mtro. Gerardo González Núñez
