Las alas de la mariposa inspiran una nueva fuente de energía que ya hace funcionar dispositivos electrónicos pequeños
Inspirados en la formación de las alas de la mariposa, científicos exploran el potencial energético de la quitina y sus posibles aplicaciones en la biomedicina y la energía.
La metamorfosis: cuando la pupa, que antes fue larva y luego oruga, despliega por primera vez sus coloridas alas y se convierte en mariposa.
Este proceso ha inspirado a artistas y filósofos. Y también a los científicos, pues esconde, a nivel molecular, un potente mecanismo de generación de energía que podría abrir enormes posibilidades para la ingeniería y la medicina.
Mientras las alas se despliegan, la sangre bombea a través del cuerpo de la mariposa, y el material quitinoso interactúa con el ambiente, se deshidrata y se reorganiza para producir la fuerza y la rigidez necesarias para que las alas cumplan su misión.
Este delicado mecanismo fue la inspiración de un equipo de científicos de la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur (SUTD), que se propuso probar que las películas quitinosas sensibles a la humedad pueden generar energía mecánica y eléctrica al intercambiar agua con el ambiente, y que esa energía puede ser útil para los seres humanos.
Fuerza y energía autónomas
Para poner a prueba la hipótesis, los investigadores extrajeron polímeros de quitina de cáscaras de camarón desechadas, y crearon películas de 130,5 micrómetros de grosor.
Examinaron cómo afectan las fuerzas externas a las películas de quitina, atendiendo a los cambios en la organización molecular, el porcentaje de agua y las propiedades mecánicas.
Las películas de quitina, ya reorganizadas, podían contraerse y relajarse en respuesta a los cambios ambientales y sin ninguna otra intervención, del mismo modo en que algunos insectos cambian su caparazón para responder a diferentes situaciones del entorno. Observaron que las películas quitinosas podían levantar más de 4,5 kilogramos.
Luego, los investigadores ensamblaron las películas a un brazo mecánico especialmente construido. Controlando minuciosamente la humedad del entorno y los procesos bioquímicos, el brazo alcanzó la fuerza de agarre de 18 kilos, lo que representa más de la mitad de la fuerza de agarre de una persona adulta.
“Hemos demostrado que incluso después de ser extraídos de fuentes naturales, los polímeros quitinosos conservan su capacidad natural para vincular diferentes fuerzas, organización molecular y contenido de agua para generar movimiento mecánico y producir electricidad sin necesidad de una fuente de alimentación externa o un sistema de control, dijo el profesor Javier Fernández, líder de la investigación, a Europapress.
Pero los investigadores fueron más allá. Comprobaron que el movimiento mecánico de las películas de quitina, en respuesta a los cambios de humedad en el ambiente, se convierte en corriente eléctrica suficiente para alimentar dispositivos electrónicos pequeños.
El estudio, que se publicó en Advanced Materials Technologies, trae enormes posibilidades para la ingeniería y la biomedicina, por sus posibles usos en prótesis e implantes. Además, el estudio suma evidencia de que este polímero puede ser un componente central en la transición a un paradigma sostenible, la llamada era de los biomateriales.
“La quitina se usa para muchas funciones complejas en la naturaleza, desde hacer las alas de los insectos hasta formar duras conchas protectoras de moluscos, y tiene una aplicación de ingeniería directa. Nuestra capacidad para comprender y usar la quitina en su forma nativa es fundamental para permitir nuevas aplicaciones de ingeniería y desarrollos dentro de un paradigma de integración ecológica y de baja energía”, dijo Fernández.