Materials del futur: Com serà el nou heroi Marvel?

El 22 de juny vaig tenir el gust de participar en l'esdeveniment PUZZLE X Ventures Summit, organitzat per THE COLLIDER. En concret havia de fer una xerrada motivadora parlant de com els nous materials poden transformar el món, i la vaig enfocar utilitzant els herois Marvel.

Per què aquest enfocament? Perquè tots nosaltres coneixem els herois Marvel, superherois que durant generacions ens han conquerit. El que pocs coneixeu, però, és que el món dels materials és clau en les propietats dels seus poders. Per exemple, pensem en la resistència del Capità Amèrica, la força de Hulk, la invisibilitat d'Ant Man o la flexibilitat de SpiderMan.

L'evolució, no dels herois Marvel, sinó de la societat en general ha estat íntimament lligada a l'evolució del món dels materials.

Com sabeu, els materials es poden dividir en les clàssiques famílies de metàl·lics, ceràmics i polímers, però existeixen altres noves famílies, algunes de les quals, com la dels materials compostos, que es formen a partir del coneixement dels enginyers de materials, que aprofiten propietats combinades per crear nous materials.

En el món dels materials la importància dels enginyers radica, com hem dit, en els seus coneixements. Així, en els materials compostos les prestacions que es poden aconseguir en posar-li, per exemple, un reforç a una matriu, sigui polimèrica, ceràmica o metàl·lica, són enormes. I com a resultat, s’obtenen materials que s'usen majoritàriament en aplicacions on el pes (relació resistència-pes o rigidesa-pes) és un factor limitant, com en l'aeronàutica.

Un altre dels exemples paradigmàtics dels materials compostos és el formigó armat. Ja de per si el formigó és el primer material en fabricació i consum utilitzat per la construcció, però és clar, quan li afegim les varetes d'acer, aconseguim un formigó armat amb el qual podem construir edificis de gran altura.

El món dels materials és pura història i com m'encanten les històries, us explicaré un parell de bones històries.

La primera ens parla d’uns mercaders fenicis de natró (material de les fades dels contes) que anaven en ruta des de Síria cap a Egipte. Un dia es van adonar que per preparar el menjar necessitaven unes roques per suportar les seves olles, així que van decidir utilitzar el natró que transportaven. L'endemà, van comprovar que el natró s'havia fos, i en contacte amb la sorra del sòl que protegia la fusta del foc s'havia convertit en un material brillant, semblant a una pedra. Aquest va ser l'origen del vidre fabricat.

La segona història ens porta a la bella i destruïda ciutat siriana de Damasc i un dels seus emblemes terror en les croades, l'espasa de Damasc. Conta la llegenda que el rei cristià Ricard Cor de Lleó i el rei Saladí es van reptar amb les seves espases, però no en un cos a cos. Ricard Cor de Lleó va veure com la de Saladí podia tallar un vel al vol, mentre aquest estava caient cap a terra, i també tallar un coixí per la meitat només amb el pes de l’espasa. A part, l'espasa de Saladí tenia una flexibilitat increïble i se la podia posar al voltant de la cintura.

El 2008 es va establir que la diferència de l'espasa de Damasc de Saladí i la de Ricard Cor de Lleó estava en el procés de fabricació. La de Saladí ben segur que utilitzà la tècnica ancestral de l’acer wootz, que incorporava nanotubs de carboni en la seva estructura, els quals li aportaven duresa i flexibilitat sense comprometre'n el pes. Els nanotubs de carboni són un dels grans protagonistes d'uns petits materials: els nanomaterials.

Els nanomaterials són un conjunt de materials situats entre 1 i 100 nanòmetres (en una de les seves tres dimensions), és a dir, que són 1 milió de vegades més petits que la mida de la formiga sobre la qual es transporta Ant Man. Podeu llegir la definició completa de nanomaterial aquí.

Per saber-ne més de les propietats d’Ant Man, us recomano aquest enllaç. El que és clar és que el nou heroi Marvel, segur que, d'alguna manera, està influenciat per la nanotecnologia.

Potser té grafè “el material de Déu” per les seves fantàstiques propietats de transparència, flexibilitat, conductivitat, etc. Us convido a llegir una mica de la seva història. A part de grafè, tenim molts més nanomaterials, algun dels quals, com els punts quàntics, que deuen les seves propietats a la quàntica.

La quàntica està començant a obrir possibilitats sorprenents i també a obrir boques, no sé si per la seva complexitat i la seva potencialitat. Explicar-la o entendre-la és molt complex, és més, algun dels seus grans experts, com Richard Feynman, deien que "Si creus que entens la mecànica quàntica, és que no entens la mecànica quàntica". Us deixo una foto amb potencials aplicacions i el següent vídeo:

Del món quàntic saltem al suggeridor món dels metamaterials, un conjunt heterogeni de materials artificials que posseeixen característiques electromagnètiques especials, diferents de les qualitats que tenen les substàncies que els componen de manera natural.

Els materials ofereixen enormes possibilitats, sobretot en tres camps:

• Invisibilitat. A causa de les seves peculiars capacitats òptiques (longitud d'ona inferior a la llum visible), els metamaterials poden ser invisibles. Fins aquí no hi ha res que se surti de la normalitat, però l'increïble és que també tenen el potencial suficient per fer invisibles les substàncies amb les quals interaccionen. Això vol dir que, en col·locar una capa del metamaterial sobre un objecte, aquest deixarà passar la llum i es veurà només el que hi ha situat darrere.
• Control acústic. Una altra de les conseqüències de les complexes estructures d'alguns metamaterials és la seva capacitat per controlar el so. De fet, situats entre la font que el produeix i el possible receptor, poden suprimir o amplificar l'arribada de determinades ones d'ultrasons.
• Permitivitat elèctrica i permeabilitat magnètica negatives. Els coneguts com a metamaterials esquerrans són compostos amb permitivitat elèctrica i permeabilitat magnètica negatives. Gràcies a això, disposen d'un índex de refracció negatiu i d'unes condicions especials per a la propagació dels camps electromagnètics externs.

Podem destacar algunes potencials aplicacions dels metamaterials:

• Indústria energètica: utilització de metamaterials per a aparells solars intel·ligents, biomimètics i “invisibles”.
• Indústria de la moda i de l'estètica, per al disseny de peces de roba transparent i tractaments de bellesa avançats.
• Indústria automobilística, per corregir els angles morts o punts cecs dels retrovisors dels cotxes, augmentant la seguretat a les carreteres.
• Fabricació de lents òptiques i càmeres fotogràfiques de gran resolució, així com equips de diagnòstic mèdic per imatge molt més específics.
• De la mateixa manera, la possibilitat de modelar el comportament electromagnètic d'aquests compostos obre noves vies per a la instal·lació d'antenes de telecomunicacions més potents i precises.

Us acabo d'explicar els metamaterials on l'acció humana és clau, però existeixen un conjunt de materials on l'acció de la naturalesa ha teixit unes propietats úniques, parlo dels materials biomimètics, és a dir, aquells materials inspirats en la natura.

Aquí se'ns obre un camp immens perquè les estructures naturals poden arribar a ser molt complexes, de fet, nosaltres mateixos som màquines moleculars.

La biomimètica representa una oportunitat única perquè la humanitat innovi de manera responsable i sostenible, imitant trucs de la natura. En prendre com a model els sistemes biològics, és possible conciliar les activitats industrials i el desenvolupament econòmic amb la preservació del medi ambient, els recursos i la biodiversitat.

El concepte es basa en la idea clau que la natura sempre funciona segons un principi d'economia i eficiència òptima, sense cap desaprofitament. Res es perd en la natura, perquè tot és immediatament reutilitzable. Qualsevol que sigui el seu camp d'aplicació, la filosofia de la biomimètica és, per tant, explícitament part d'una estratègia global de desenvolupament responsable, preocupada per establir un equilibri viable entre els recursos que ofereix el planeta i la seva explotació.

De materials biomimètics fem un salt als seus cosins germans, els biomaterials.

Solen ser biopolímers i ens ofereixen enormes possibilitats en el camp de la medicina, sobretot, en nous implants biocompatibles i en la regeneració de teixits.

Cal destacar un biomaterial que s'està convertint en revolucionari i que per les seves expectatives i aplicacions s’està situant en el Top 10 de materials del futur, la nanocel·lulosa, un material que consta de nanofibres de cel·lulosa, que són una cadena de molècules de cel·lulosa tubulars i allargades, que tenen una marcada relació d'aspecte longitud-diàmetre.

Les seves aplicacions s’encaren a crear noves armadures lleugeres, transparents i superresistents, per a usos mèdics i sanitaris (membranes per a ronyons) o per millorar altres materials, com el plàstic o el paper.

L'últim dels nous materials de què parlaré avui són els Smart Materials o materials intel·ligents, uns materials manipulats per respondre de manera controlable i reversible, modificant alguna de les seves propietats, a estímuls externs.

Després de fer aquest fantàstic recorregut pel món dels nous materials, estareu d'acord amb mi que algun d'aquests serà clau en el nou heroi Marvel, oi?

Per això, m'agradaria aprofitar per tornar-vos a preguntar: Com serà el nou heroi Marvel? Si em voleu contestar, només heu de deixar les vostres idees en els comentaris d’aquest article.

Que el món dels superherois..., i dels materials, ens continuï protegint!