Los investigadores de la Universidad de Tufts han desarrollado una tecnología que permite disparar un material líquido que se solidifica en el aire para formar fibras adhesivas, similar a las telarañas de Spider-Man.
Inspirados por Spider-Man, un laboratorio recrea tecnología de lanzamiento de telarañas
El flujo de seda líquida se convierte rápidamente en una fibra fuerte que se adhiere y levanta objetos (aunque aún no a villanos).
Cualquiera que haya leído un cómic o visto una película de Spider-Man ha imaginado cómo sería disparar una telaraña desde la muñeca, volar sobre las calles y detener a los villanos. Los investigadores de la Universidad de Tufts tomaron estas escenas imaginarias en serio y crearon la primera tecnología de lanzamiento de telarañas en la que un material fluido puede dispararse desde una aguja, solidificarse inmediatamente como un hilo y adherirse para levantar objetos.
Tecnología basada en seda
Estas fibras adhesivas, creadas en el laboratorio de seda de la Universidad de Tufts (Silklab), provienen de capullos de polilla de seda, los cuales se hierven en una solución para descomponer sus proteínas base, llamadas fibroína. La solución de fibroína de seda puede ser extruida a través de agujas finas para formar un chorro que, con los aditivos adecuados, se solidifica en una fibra al exponerse al aire.
La naturaleza es la fuente original de inspiración para el uso de fibras de seda en la creación de hilos, redes y capullos. Arañas, hormigas, avispas, abejas, mariposas, polillas, escarabajos e incluso moscas pueden producir seda en algún punto de su ciclo de vida. Esta inspiración natural llevó al equipo de Silklab a innovar en el uso de fibroína de seda para fabricar pegamentos potentes que funcionan bajo el agua, sensores imprimibles que pueden aplicarse a prácticamente cualquier superficie, recubrimientos comestibles que prolongan la vida útil de los alimentos, materiales que mejoran la eficiencia de los paneles solares, y métodos más sostenibles para la fabricación de microchips.
A pesar de estos avances, los investigadores aún no habían logrado replicar la habilidad de las arañas, que controlan la rigidez, elasticidad y propiedades adhesivas de sus hilos.
Un avance accidental
Un descubrimiento accidental condujo a un gran avance. “Estaba trabajando en un proyecto para crear adhesivos extremadamente fuertes con fibroína de seda, y mientras limpiaba mi cristalería con acetona, noté que se formaba un material parecido a una telaraña en el fondo del vaso”, comentó Marco Lo Presti, profesor asistente de investigación en la Universidad de Tufts.
Este hallazgo inesperado superó varios desafíos en la replicación de los hilos de araña. Las soluciones de fibroína de seda pueden formar un hidrogel semisólido en un periodo de horas cuando se exponen a solventes orgánicos como el etanol o la acetona. Sin embargo, la presencia de dopamina, que se utiliza en la fabricación de adhesivos, permitió que el proceso de solidificación ocurriera casi de inmediato. Al mezclar rápidamente la solución con el solvente orgánico, la solución de seda generó fibras con alta resistencia a la tracción y gran adhesividad. La dopamina y sus polímeros emplean una química similar a la que utilizan los percebes para formar fibras que se adhieren fuertemente a superficies.
Creación de fibras fuertes y adhesivas
El siguiente paso fue hilar las fibras en el aire. Los investigadores añadieron dopamina a la solución de fibroína de seda, lo que pareció acelerar la transición de líquido a sólido al extraer el agua de la seda. Al disparar esta mezcla a través de una aguja coaxial, se genera un chorro delgado de la solución de seda rodeado por una capa de acetona, que desencadena la solidificación. La acetona se evapora en el aire, dejando una fibra adherida a cualquier objeto que toque. Los investigadores mejoraron la solución de fibroína de seda con quitosano, un derivado de los exoesqueletos de insectos, lo que aumentó hasta 200 veces la resistencia a la tracción de las fibras. También utilizaron un buffer de borato, que incrementó la adhesividad hasta 18 veces.
El diámetro de las fibras puede variar desde el grosor de un cabello humano hasta aproximadamente medio milímetro, dependiendo del diámetro de la aguja utilizada.
Aplicaciones prácticas y sostenibles
El dispositivo desarrollado puede disparar fibras que levantan objetos hasta 80 veces su propio peso en diversas condiciones. Los investigadores demostraron esta capacidad 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 desde una distancia de aproximadamente 12 centímetros.
Lo Presti señaló que, a diferencia de las arañas, que no disparan sus telarañas, sino que las extraen manualmente de sus glándulas, este dispositivo permite disparar una fibra desde un aparato, adherirla a un objeto y levantarlo a distancia. “En lugar de presentar este trabajo como un material inspirado en la biología, realmente es un material inspirado en superhéroes”, comentó.
Futuro de la tecnología de seda
La seda natural de araña sigue siendo aproximadamente 1.000 veces más fuerte que las fibras artificiales de este estudio. Sin embargo, con algo de imaginación y avances en ingeniería, esta innovación tiene el potencial de mejorar y abrir el camino a una variedad de aplicaciones tecnológicas, particularmente en el campo de la sostenibilidad.
Las posibles aplicaciones futuras podrían abarcar desde la robótica, donde estas fibras podrían integrarse en mecanismos de manipulación de objetos, hasta la medicina, donde sus propiedades biocompatibles podrían aprovecharse para la creación de suturas o tejidos artificiales. Además, dado el origen natural de la fibroína y su biodegradabilidad, este desarrollo encaja perfectamente con los principios de la sostenibilidad y la economía circular, que son claves para reducir el impacto ambiental de los nuevos materiales tecnológicos.
El profesor Fiorenzo Omenetto, director del Silklab en Tufts, expresó que la ciencia y la ingeniería son campos donde la imaginación se une a la práctica: «Podemos inspirarnos en la naturaleza, en los cómics y en la ciencia ficción. En este caso, quisimos revertir la ingeniería de nuestro material de seda para que se comporte como la naturaleza lo diseñó originalmente y como lo imaginaron los escritores de cómics«.
La recreación de esta tecnología inspirada en Spider-Man abre un abanico de posibilidades en diversas industrias, desde la fabricación sostenible hasta la medicina. La versatilidad y el enfoque ecológico de los materiales basados en seda posicionan este avance como una solución potencial para los desafíos tecnológicos y medioambientales del futuro. Con cada nuevo descubrimiento, los científicos se acercan un paso más a integrar la imaginación con la realidad en la creación de materiales innovadores y sostenibles.
Vía tufts.edu
Jorge dice
se podría diseñar un dispositivo que dispare a modo de boleadora y lo usen las fuerzas de seguridad (lo más inocuo)