El revolucionario vidrio que jubilará al acero: cinco veces más ligero y cuatro veces más fuerte

Investigadores han creado un nuevo material extraordinariamente fuerte y liviano utilizando una estructura de ADN recubierta con vidrio.

30 julio, 2023 03:06

Nacho Castañón @nachocastaf

El avance de la tecnología está impulsando la creación de nuevos materiales, algo en lo que trabajan desde hace tiempo tanto científicos de España como de todo el mundo. Si recientemente se dieron a conocer Galvorn, que es muy resistente y pesa la mitad que el aluminio, y LK-99, el primer superconductor a temperatura ambiente que lo puede cambiar todo; ahora unos investigadores han fabricado un revolucionario elemento que jubilará al acero, ya que es cinco veces más ligero y cuatro veces más fuerte.

El ADN es una molécula increíblemente versátil que puede codificar los datos para hacer un plano de cualquier criatura viva, desde bacterias hasta humanos, y hasta puede plegarse, arrugarse y doblarse con fuerza para encajar en las células. Una flexibilidad que lo podrían convertir en un elemento de construcción muy útil a nanoescala. Y con esa idea han experimentado unos ingenieros de la Universidad de Connecticut (Estados Unidos), quienes han conseguido desarrollar un nuevo material utilizando una estructura de ADN sintético que se autoensambla en celosías y que luego se recubre con vidrio.

La resistencia y el peso suelen ser propiedades opuestas, ya que al aumentar una, la otra suele disminuir; por lo que conseguir fabricar un material con el equilibrio adecuado es una tarea clave para los investigadores. Algo que ahora han logrado los científicos de la universidad estadounidense realizando una combinación de dos componentes poco probables: ADN y vidrio. Como resultado, han fabricado "un material extraordinariamente resistente y ligero", como señalan en un comunicado oficial. Un elemento que podría mejorarlo todo, desde los coches hasta los chalecos antibalas.

ADN y vidrio

El ADN sintético como material de construcción a nanoescala podría ser muy versátil, pudiendo autoensamblarse en diversas formas. Por su parte, el vidrio puede parecer frágil, pero su tendencia a romperse suele deberse a defectos en su estructura, como grietas o por arañazos; mientras que un centímetro cúbico de vidrio en perfecto estado puede soportar hasta 10 toneladas de presión. Unas cualidades que los investigadores han aprovechado en este proyecto. "Para una densidad dada, nuestro material es el más resistente conocido", indica Seok-Woo Lee, coautor y científico de materiales de la Universidad de Connecticut.

En su estudio, publicado en la revista Cell Reports Physical Science, los investigadores señalan que empezaron construyendo una estructura a partir de ADN para formar el esqueleto y después la recubrieron con un elemento vítreo, formando capas de sólo unos cientos de átomos de grosor. El resultado final fueron unas finas hebras de ADN recubiertas de vidrio que ganan fuerza gracias al soporte de ambos materiales, y que son ligeras porque forman un armazón que rodea un espacio mayoritariamente vacío.

Esquema de la formación del nuevo material. Universidad de Connecticut Omicrono

Durante sus pruebas realizadas, los científicos descubrieron que su material de nanorredes de ADN de vidrio tenía una resistencia a la compresión de hasta 5 gigapascales (GPa). Un dato que quiere decir que es cuatro veces más resistente que el acero, pero con una quinta parte de su densidad. Una combinación inusual de ligereza y alta resistencia que nunca antes se había conseguido.

Eso sí, los investigadores supieron que crear una gran pieza de vidrio sin defectos es una tarea complicada; aunque lograron hacerlo incluso en piezas muy pequeñas. Mientras el vidrio tenga menos de un micrómetro de grosor, casi siempre será impecable. Y como la densidad del vidrio es mucho menor que la de los metales y la cerámica, cualquier estructura hecha de vidrio nanométrico sin defectos debería ser resistente y ligera.

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"La capacidad de crear nanomateriales de estructura tridimensional diseñados mediante ADN y mineralizarlos abre enormes oportunidades para la ingeniería de propiedades mecánicas. Pero aún queda mucho trabajo de investigación antes de que podamos emplearlo como tecnología", señala Oleg Gang, coautor del estudio, en un comunicado.

Hacerlo más resistente

Los materiales fuertes y ligeros han permitido la creación de chalecos antibalas ligeros, mejores dispositivos médicos y coches y aviones más seguros y rápido. Y este nuevo material podría cambiarlo todo, incluso podría servir para ahorrar energía en vehículos y artículos que prioricen la resistencia. Los siguientes pasos del equipo de investigadores consisten en experimentar con la fórmula. De hecho, actualmente trabajan en distintas estructuras de ADN en las que han sustituido el vidrio por materiales como la cerámica de carburo para comprobar si puede ser aún más resistente.

"Soy un gran fan de las películas de Iron Man, y siempre me he preguntado cómo crear una armadura mejor para Iron Man. Debe ser muy ligera para que pueda volar más rápido. Debe ser muy resistente para protegerle de los ataques de sus enemigos. Nuestro nuevo material es cinco veces más ligero pero cuatro veces más resistente que el acero. Así pues, nuestras nanoláminas de vidrio serían mucho mejores que cualquier otro material estructural para crear una armadura mejorada para Iron Man", concluye Seok-Woo Lee.