Baterías de ánodos de silicio a partir de nanomateriales; nanotubos de carbono reciclables; tejidos y órganos vivos creados en laboratorio…
Buenos Aires-(Nomyc)-La salud es el ámbito donde la evolución de la ciencia e ingeniería de materiales resulta más impactante por lo que cabría preguntarse si ¿será posible fabricar nuevos órganos artificiales? ¿Serán posibles los implantes que, una vez colocados en nuestro cuerpo, se absorban y al mismo tiempo se regeneren con nuestro propio hueso? o si también ¿se podrá personalizar cualquier implante al límite del diámetro de nuestras arterias? ¿Será posible replicar enfermedades en órganos artificiales para probar tratamientos antes experimentar en seres vivos? ¿Alcanzaremos el sueño de la eterna juventud?
La revolución de los implantes y los tejidos artificiales: el equipo del proyecto “HUMANeye” desarrolló y probó un implante corneal con memoria de forma, que hecho con nitinol, es decir una aleación de níquel-titanio que ya se utiliza en stents, alambres dentales, tornillos ortopédicos y otros suministros quirúrgicos y los resultados de “HUMANeye”, son una puerta abierta a solucionar enfermedades de la córnea, una de las principales causas de ceguera en todo el mundo.
Pero las puertas que se abren con los materiales con memoria de forma van mucho más allá, ya que se espera que el mercado de aleaciones con memoria de forma crezca a una tasa compuesta anual del 11.2 por ciento de 2022 a 2029 y un ejemplo innovador de este avance tecnológico, fue presentado en la conferencia Hannover Messe: el primer frigorífico del mundo que se enfría mediante músculos artificiales hechos de nitinol.
Los implantes de nitinol ya se fabrican en el laboratorio con una forma personalizada según el paciente gracias a la impresión 3D, se autoexpanden una vez instalados y evitan posteriores tratamientos, muchas veces agresivos después de la primera cirugía.
La impresión 4D de los materiales con memoria permite que la pieza fabricada evolucione con el tiempo tanto en forma como en composición, lo que promete nuevas oportunidades en regeneración de tejidos y cirugías reconstructivas y la bioimpresión, combina células y biomateriales para crear tejidos y órganos vivos que pueden utilizarse para sustituir estructuras dañadas o envejecidas, así como para reemplazar modelos animales en ensayos farmacológicos o en la generación de modelos de enfermedades y la creación de tejidos artificiales, como tendones bioinspirados, ya es una realidad.
Baterías con más memoria a partir de nanomateriales: por fin, los nanomateriales llegarán a la industria con el desarrollo de nuevas baterías y nuevos materiales compuestos, ya que a partir de nanofibras de silicio, se pueden fabricar ánodos para baterias de Ion-Li con mucha más capacidad de almacenamiento que los ánodos de grafito que se emplean ahora, que además, es un material crítico) y requiere muchos más ciclos de recarga.
Estos ánodos se construyen a partir de un producto que es como una hoja de papel y que es ya una realidad que se está fabricando en planta piloto en la iniciativa Floatech del Instituto IMDEA de Materiales, aunque las innovaciónes en las baterías de Ion-Li van más allá de los materiales que constituyen el ánodo y el cátodo, ya que el empleo de nanopartículas permite evitar o disminuir, el riesgo de deflagración tanto de los electrolitos como de las carcasas.
Nanotubos de carbono reciclables: también se está avanzando en uno de los problemas considerados “endémicos” de los nanotubos de carbono: su reciclado: un trabajo publicado en la revista Carbon, avanza la posibilidad de reciclarlos con el mismo esquema de una construcción de LEGOⓇ y los nanotubos reciclados, podrían volver a su estado inicial, como bloques de construcción y también, podrían disolverse y convertirse en soluciones cristalinas líquidas, que luego podrían ser rehilados en una nueva fibra de alta calidad, lo que
al igual que como con el el desarrollo de polímeros “más” reciclables, abren el futuro a nuevos materiales compuestos que contribuirán, entre otras cosas, a propiciar un sector aeronáutico más sostenible.
Los nanomateriales, además, ayudarán a desarrollar sensores que nos permitan monitorizar cualquier daño estructural que pueda originarse durante el vuelo, por lo que se tendrán aviones más sostenibles y mucho más seguros.
Materiales ductiles, resistentes y multifuncionales a la vez: la irrupción, en 2004, de las aleaciones de alta entropía abrió muchos caminos de desarrollo, poniendo toda la tabla periódica en manos de los que diseñamos aleaciones y hoy se está muy cerca de utilizar estas aleaciones para producir mejoras en ámbitos tan dispares como la alta temperatura necesaria en un motor de aviación y desarrollar propiedades magnéticas y/o eléctricas especiales, fundamentales en el desarrollo de las nuevas maneras de generar energía y también permiten desarrollar materiales impensables hace no mucho tiempo, ya que serían materiales resistentes y dúctiles a la vez.
Los metamateriales: cuando ya no se puede llegar más lejos modificando la composición química de un material, se puede “jugar” a dar a sus componentes básicos disposiciones que le confieran propiedades excepcionales y así surgen los metamateriales, por lo que se puede modificar la superficie de un material al crear estructuras que obliguen a las ondas a moverse, desviarse, reflejarse… por lo que también se pueden conseguir materiales invisibles, si es la luz la que manipulamos, o indetectables al radar, o que aíslen totalmente del ruido y al poder manipular la arquitectura interna del material, se pueden obtener propiedades mecánicas imprevisibles, por lo que transforman en materiales que “rozan la magia”.
La IA lo acelera todo: todo el desarrollo de materiales en estos momentos está apoyado en tres pilares básicos: las nuevas técnicas de fabricación, con especial relevancia de la impresión 3D, la irrupción de la inteligencia artificial (IA), y que todo desarrollo tiene que estar alineado con la sostenibilidad y el uso eficiente de materias primas, ya que el número de estudios que aplican IA a la ciencia de los materiales ha crecido a un ritmo de 1,67 veces por año durante la última década… pero la sostenibilidad hace que ahora las cosas no sean tan simples.
Para cualquier desarrollo hay que contemplar qué metales tenemos disponibles en el planeta y además, se debe considerar muchos más criterios de diseño que antes no se contemplaban.
Por ejemplo, si se pensaba en resistencia, esta era a costa de la ductilidad, y no se lo hacía suponiendo en que un mismo material pudiera tener múltiples funciones, por lo que en este siglo XXI el número de combinaciones de variables es inmenso y es ahí donde entra la IA para hacerlo todo, o casi todo, posible.
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