08 abril, 2012

7 formas cómo los animales usan la nanotecnología

La nanotecnología ha tenido un gran desarrollo en los últimos años. Gracias a ella, hoy contamos con dispositivos electrónicos cada vez más pequeños y eficientes. Sin embargo, la naturaleza lleva usándola por millones de años. Aquí algunos ejemplos:

Microlentes

Mosca_Ojos_1

Si pudiéramos ampliar los ojos de una mosca a una mayor escala veríamos que están conformados por cientos de lentes individuales, cada uno con su propia maquinaria óptica. A esto se le llama ojos compuestos. Son tan pequeños que fácilmente podríamos encontrar unos 2,000 de ellos. Sin embargo, si lo analizamos a través de un microscopio electrónico, observaríamos que la superficie lisa que parece tener, es sólo una ilusión. Las lentes están salpicadas por unas diminutas protuberancias llamadas “pezones de córnea”, que tienen 50 a 300 nanómetros (nm) de diámetro, y cuya función es evitar que la luz se refleje en sus ojos para que sus depredadores no se den cuenta de su presencia. O sea, les sirve para camuflarse. Este mismo patrón está siendo empleado por los ingenieros para desarrollar células solares anti-reflectoras mucho más eficientes.

En el 2010, científicos alemanes descubrieron otra función para los pezones de córnea: evitaba que el polvo, los granos de polen y otras partículas microscópicas se adhieran a sus ojos. Estas protuberancias generan una menor área de contacto con las partículas manteniendo siempre las lentes limpias.

Alas vistosas

mariposa_alas

¿Quién no ha visto mariposas con alas de espectaculares colores? De seguro, casi todos. Sin embargo, lo que la mayoría desconoce es que muchos de estos colores no son producidos por pigmentos —como la melanina que tiñe nuestra piel— sino por la disposición de sus escamas, las cuales moldean una serie de relieves en sus alas, formando valles, cordilleras, canales y cavidades. En otras palabras, las alas están formadas por unas complejas nanoestructuras que doblan y dispersan la luz que incide sobre ellas en diferentes direcciones, creando los llamativos colores que podemos observar.

Este mismo fenómeno físico hace que las alas de los mosquitos se vean iridiscentes (cambian de color según el ángulo en que los observamos).

mosquito_alas

Cuando el calor —en forma de rayos infrarrojos— inciden sobre las escamas, las cuales están hechas de una proteína llamada quitina, éstas se expanden cambiando su forma y, por lo tanto, los colores que producen. Es así que los científicos de General Electric están aprovechando esta misma propiedad para desarrollar sensores de imágenes térmicas mucho más sensibles que mejorarían la tecnología de la visión nocturna. Para amplificar el efecto, los investigadores cubrieron las alas de una mariposa azul del género Morpho con nanotubos de carbono, desarrollado así un insecto capaz de detectar cambios de temperatura de tan solo 0.04°C, tal como se puede apreciar en el siguiente video:

Plumas ostentosas

Las plumas de ciertas aves también presentan colores espectaculares. A diferencia de las mariposas, el color de sus plumas se da gracias a un diseño a escala nanométrica de sus células productoras de pigmentos.

pinguino_azul

En Nueva Zelanda y Australia vive un pingüino que lleva puesto un smoking de plumas azules —a diferencia de sus primos de la Antártida que llevan uno negro. Usando imágenes por rayos X, un grupo de investigadores norteamericanos liderados por Liliana D’Alba de la Universidad de Akron, descubrieron que los pingüinos producen este color de una manera novedosa para la ciencia. Las plumas están compuestas por nanofibras de β-queratina organizadas paralelamente —tal como si fueran fideos empaquetados en su bolsa— que dispersan la luz de tal manera que producen el color azul.

Insectos con paneles solares

La mayoría de las avispas son muy activas por las mañanas, pero poco durante el mediodía, cuando el calor del sol es más abrasador. Sin embargo, sus parientes orientales (Vespa orientalis)no muestran este mismo comportamiento. Estas avispas excavan en la tierra para hacer sus nidos a pesar que la luz solar los bombardea todo el tiempo. Es más, científicos de la Universidad de Tel Aviv descubrieron una correlación entre la actividad de excavación y la insolación de sus cuerpos. Al analizar su cutícula (una capa de quitina que las reviste y protege) observaron que presentaban unas nanoestructuras que les permitían atrapar gran parte de la energía del sol —como si fueran unos paneles solares vivientes— para que los pigmentos presentes en su exoesqueleto puedan absorberla y después transformarla en energía que es aprovechada para realizar su trabajo.

cuticula

La sección café de su abdomen presenta una cutícula marcada con ranuras de 160nm de grosor dispuestas en forma de una rejilla, las cuales ayudan a atrapar la luz que incide en las avispas. Por otro lado, la sección amarilla, presenta unas protuberancias entrelazadas de unos 50nm de alto que también capturan la luz. Además, en ellas encontraron un pigmento conocido como xantopterina, el cual puede convertir la luz en electricidad. Esto explicaría por qué estas avispas son más activas en días soleados, y por qué —como un estudio previo encontró— despiertan más rápido de la anestesia cuando se les da una ‘baldazo’ de luz UV.

Piel resbalosa

serpiente_piel

Las grandes serpientes como la pitón real (Python regius) parecen deslizarse por el suelo sin esfuerzo alguno. Pero su desplazamiento, es en realidad, una compleja interacción de movimientos musculares y física a pequeña escala. Si analizamos su piel a nivel nanoscópico, veremos que está formada por escamas recubiertas de unos diminutos pelitos llamados microfribrillas, que tienen menos de 400nm de espesor y apuntan todos en la misma dirección —hacia la cola de la serpiente. Los extremos de las microfibrillas se encuentran levantados unos 200nm sobre la piel, permitiéndoles un suave deslizamiento hacia adelante, pero les interrumpe cualquier movimiento hacia atrás o hacia los costados, incluso si se encuentran sobre una superficie inclinada, otorgándoles de un mejor agarre.

Dedos pegajosos

El geco tokay, son unos pequeños lagartos que utilizan la nanotecnología para adherirse a los arboles, paredes, ventanas y techos, gracias a unos pelos microscópicos llamados setas que recubren los dedos de sus patas, los cuales se ramifican en miles de pelos más pequeños formando terminaciones similares a brochas de 200nm de espesor.

geco_dedos

La superficie adicional que generan estas terminaciones maximiza el efecto de las fuerzas de van der Waals, una fuerza eléctrica muy débil que tira de cada molécula presente en el dedo del geco contra cada molécula presente en cualquier superficie donde se encuentre pegado. La fuerza combinada de cada una de estas interacciones es tan fuerte que la lagartija puede colgar todo su peso en un solo pie, incluso sobre un bloque de vidrio. Los ingenieros están usando los nanotubos de carbono para imitar los dedos del geco y producir cintas adhesivas más pegajosas, súper-pegamentos, incluso robots que caminan por las ventanas.

Fibras súper-resistentes

Las propiedades de la seda de las arañas son espectaculares. Con un grosor menor al de un cabello humano puede llegar a ser más resistente que una fibra de acero del mismo espesor, a parte de ser cientos de veces más elástico. Por esta razón, muchos científicos en el mundo está buscando la forma de sintetizarla en el laboratorio; una tarea sumamente complicada por ahora.

telaraña

Las proteínas que conforman la tela de la araña tienen composiciones químicas y estructurales diferentes, dependiendo de la especie y del uso que le den. A grandes rasgos, podemos decir que están hechos de un grupo de proteínas cristalizadas llamadas fibroínas, ricas en repeticiones de alanina o glicina y alanina, que se autoensamblan formando estructuras secundarias llamadas plegamientos beta, como si fueran panqueques. A nivel atómico, las capas están unidas a través de enlaces de hidrógeno que, en realidad, no son muy fuertes. Esto es una ventaja porque cuando la tela es estirada, los enlaces se desprenden y se reconstituyen con relativa facilidad, evitando que la tela se rompa.

Conclusiones

Como podemos ver, la naturaleza ha usado la nanotecnología por millones de años y los científicos e ingenieros están tratando de copiarlos para desarrollar materiales cada vez más resistentes, ligeros, elásticos, conductores y económicos.

Vía | Discover Magazine.

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