Por TANG YUANKAI
Principios del camaleón artificial. 制备柔性：Producir flexibilidad 太阳能电池：Pila de energía solar 刺激变色：Cambio de color bajo estimulación 高分子：Macromolécula
Laboratorio de Materiales Avanzados de la Facultad de Ciencia Macromolecular de la Universidad Fudan.
El camaleón (Chamaeleonidae, su nombre científico) es un animal experto en mimetizarse, gracias a que una capa especial de células en su dermis –conectada directamente con su cerebro– le permite cambiar rápidamente de color en la piel, la cual se ajusta al de su entorno. De este modo, el camaleón puede ocultarse o intimidar a sus enemigos.
Sin embargo, para muchos científicos la creación de un “camaleón artificial” no ha sido sólo un sueño, sino también una meta difícil de alcanzar.
Recientemente, los investigadores del Laboratorio de Materiales Avanzados de la Facultad de Ciencia Macromolecular de la Universidad Fudan (Shanghai) han logrado crear un material inteligente que puede cambiar de color mediante la electricidad. Por primera vez, el polidiacetileno y los nanotubos de carbono fueron combinados en fibras compuestas, lo que hizo que éstas cambiaran fácilmente de color con la corriente eléctrica.
La principal causa del “cambio de color” del camaleón es la “sensibilidad”. Debido a factores ambientales, como los rayos del sol y la temperatura, algo parecido a un sistema nervioso autónomo controla la expansión de melanocitos o concentra pigmentos dentro de las células. El polidiacetileno que los científicos están investigando es, principalmente, un tipo de polímero de “sensibilidad”, que puede adquirir distintos colores bajo diferentes condiciones ambientales. Por ejemplo, se ve de color azul con la temperatura al interior de una habitación, mientras que al calentarlo hasta un cierto grado cambia a rojo, y a una mayor temperatura se vuelve naranja. Más aún, la estimulación mediante reactivos químicos, disoluciones de pH, fricción mecánica o moléculas biológicas puede generar también un cambio de color.
Sin embargo, dos razones hacen que no se utilice mucho el polidiacetileno: debido a su baja conducción de electricidad, no hay suficiente corriente para estimular un cambio de color; y aunque esto último se logre, el cambio es irreversible. Pese a todo ello, los investigadores de la Universidad Fudan han logrado que el material retorne a su color original gracias a una especie de “memoria”, es decir, apenas la corriente eléctrica es cortada. Se trata del primer experimento de este tipo en el mundo. A su vez, han conseguido que el cambio de color dure apenas dos segundos, mucho menos que el que le toma a un camaleón (20 segundos). En un futuro, la gente podría cambiar el color de los objetos a su antojo.
Esta fascinante investigación ha sido dirigida por el profesor Peng Huisheng, quien supera los 30 años de edad y ya es tutor de doctorado.
El profesor Peng y su equipo comenzaron a estudiar los nanotubos de carbono en 2008. Se trata de un material enrollado de capas de grafitos, el cual, gracias a su “mágica” estructura química, es un extraordinario conductor de la electricidad bajo la temperatura al interior de una habitación. Desde 1991, año de su descubrimiento oficial, el nanotubo es un tema de investigación para la ciencia. Según Peng Huisheng, su “camaleón artificial” fue un “logro inesperado”.
En uno de sus ensayos, el profesor Peng y otros colegas conectaron un polímero sobre un nanotubo de carbono, lo que generó un precioso cambio de color. “Sin ninguna intención subimos la corriente eléctrica y, de repente, el material se volvió rojo; luego modificamos la estructura del polidiacetileno y descubrimos que éste podía variar a marrón, naranja y amarillo; y, al descargar la corriente eléctrica el material volvió a su color original”, recuerda Peng. Esta situación “imprevista” inspiró a los investigadores. Si bajo la temperatura al interior de una habitación, la conducción eléctrica de los nanotubos de carbono se acerca a la de metales como el cobre y el hierro, ¿por qué no juntarlos con el polidiacetileno y otros materiales macromoleculares?
Después de repetidos ensayos, el grupo pudo conectar, mediante reacciones químicas, el polidiacetileno con la superficie de los nanotubos de carbono, lo que produjo fibras compuestas de buena conducción eléctrica y que podían cambiar “libremente” de color. Del mismo modo, mostraron un buen funcionamiento mecánico, con una resistencia de rotura que sobrepasaba 1 MPa. Por ello, se han solicitado varias patentes nacionales e internacionales.
Las fibras compuestas, similares a las químicas, pueden ser “tejidas” de acuerdo con el gusto de la gente (por ejemplo, en la pantalla para lámparas), lo que le daría un nuevo “color” a la vida cotidiana. En este caso, el grosor del nanotubo no llega a ser el 1/100.000 del cabello humano.
“El principal material del avión Boeing 787 son las fibras de carbono. Si bien el espesor de las fibras de nanotubos de carbono es sólo una décima parte de las de carbono, la dureza y la densidad de las primeras son mucho mayores”, explica el profesor Peng. Este nuevo material podría implementarse también en la fabricación de automóviles, especialmente, en la de autos de carrera, pues posiblemente sustituya a la actual cáscara de plástico para conseguir una mayor velocidad y un mayor ahorro de combustible en el vehículo. Además, tendrían un mayor tiempo de uso, una mejor resistencia contra los choques y le brindaría al automóvil una mejor apariencia estética.
Por el momento, el equipo del profesor Peng se viene dedicando a la investigación del uso de las fibras de nanotubos de carbono en las pilas de energía solar, con el fin de que las placas de energía solar, que suelen ser de gran tamaño y peso, puedan ser llevadas fácilmente como una sábana.
Los expertos vaticinan que el invento del profesor Peng jugará un gran papel en la industria aeronáutica y espacial, en el sector militar, en los aparatos de fotoelectricidad, etc.
El profesor Peng Huisheng en la clase de "química mágica" para alumnos de educación secundaria.