Universo Paralelo: Albañilería molecular

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ALBAÑILES MOLECULARES

Imagina que se rompe la pantalla de tu teléfono. Que lo guardas en tu bolsillo y que, cuando lo vuelves a mirar, la pantalla no tiene ni una grieta. Nada.

Este mes, científicos de la Universidad de Manchester presentaron en la revista Nature un descubrimiento que podría cambiar el curso de la medicina y de la ingeniería de materiales. Se trata de un mecanismo de liberación de moléculas inducida por fuerzas naturales, que podría permitir la reparación espontánea de todo tipo de materiales “inteligentes”.

Hagamos un zoom a la pantalla rota del teléfono. La grieta aparece como un delgado cabello y se transforma en una gran herida con bordes irregulares, conformada por las moléculas del vidrio. La fisura, al igual que una herida en la piel, perturba el equilibrio natural de la red molecular del material, generando fuerzas que presionan a las moléculas que se encuentran a su alrededor.

• La investigación hace uso de estas fuerzas, las que funcionan como alertas para desencadenar el trabajo de reparación.

En este caso se utiliza un tipo de moléculas conocidas como rotaxanos, estructuras que pueden atrapar moléculas más pequeñas y liberarlas cuando experimentan las fuerzas que delatan la fractura. De este modo, desencadenan un proceso de reconstrucción molecular, el cual podría reparar esa grieta en la pantalla.

Esta idea no es necesariamente nueva. Hace años ya que se viene experimentando con materiales que se reparan solos. Lo nuevo de este trabajo es la cantidad de moléculas que pueden liberarse y, por ende, el espacio que se puede reparar. 

• Imagina que se cae un puente y que desde cada orilla del río hay personas agregando cemento para repararlo. Siempre y cuando haya suficiente material, tarde o temprano, se encontrarían en el centro y terminarían el trabajo. Ahora imagina que se acaba el cemento. El puente quedaría sin terminar, a no ser que se consiga más material. Este mecanismo molecular antes descrito, permite que el material inteligente libere más moléculas para reparar las fisuras de lo que se había logrado experimentar hasta ahora.

Esto también puede tener grandes repercusiones en la medicina. La liberación de moléculas inducidas por la fuerza que se ejerce en los bordes que quedan expuestos en una ruptura puede permitir que cantidades precisas de medicamentos sean liberadas directamente donde son requeridas. Por ejemplo, en el caso de los tumores, aumentando la efectividad y disminuyendo los efectos secundarios de los tratamientos. 

• Ya sea en medicina o en materiales inteligentes, la próxima vez que veas una grieta en la vereda, piensa que quizás en el futuro podrías no verlas más, ya que podrás caminar sobre un material que se repare a sí mismo, silenciosamente, bajo tus pies.

EL AGARRE DEL PULPO

Hace tres años, el mundo entero se fascinó con las asombrosas características de un pequeño pulpo, gracias a la película Mi maestro el pulpo, la cual ganó el Oscar al Mejor Documental. Y es que la naturaleza lleva millones de años construyendo máquinas perfectas. 

• Para poder desplazarse y cazar, estos inteligentes moluscos utilizan ventosas que les permiten adherirse a superficies irregulares como las rocas marinas.

Científicos de la Universidad de Bristol estudiaron los tentáculos de los pulpos y diseñaron un prototipo de ventosa robótica que podría revolucionar la industria, al ser capaz de levantar objetos pesados, con superficies porosas e irregulares, y así darles capacidades sobrenaturales de adhesión a robots y máquinas de todo tipo.

• Para esto, bastaba con mirar cómo la naturaleza ha desarrollado el mecanismo perfecto de adhesión. El pulpo es uno de los mejores ejemplos.

Una vez que sus tentáculos tocan un objeto, sin importar lo irregular de su superficie, las ventosas se adhieren, adaptándose a las formas fácilmente, ya que son blandas y moldeables. El pulpo luego secreta un líquido viscoso que sella la zona de contacto, eliminando la porosidad que dificulta la adhesión por succión.

El prototipo descrito este mes en la revista científica PNAS logra reproducir ese proceso, utilizando chupones blandos que, al entrar en contacto con una superficie sólida como la de una piedra, secretan un fluido que rellena cualquier espacio que quede entre ellos, impidiendo crear el vacío que produce la adherencia.

• Esto puede ayudar a mejorar considerablemente procesos industriales que requieren maquinarias para levantar objetos pesados, ya que hoy en día deben utilizarse bombas de succión constante, las cuales generan un alto costo energético.
• Es así como es posible pensar, por ejemplo, en una minería más amigable con el medio ambiente, pues el uso de esta tecnología podría disminuir el consumo de energía que utilizan maquinarias como grúas o palas mecánicas. En cambio, el movimiento de rocas de grandes volúmenes podría basarse en la adhesión fuerte, limpia y barata que la evolución implementó en los pulpos.

El mecanismo de succión antes descrito podría no solo ser utilizado en máquinas que se limiten a levantar objetos pesados y rugosos, sino también en robots que puedan escalar cualquier tipo de superficie compleja, dándoles capacidades que, hasta ahora, solo existen en la naturaleza.

• Al parecer, Stan Lee no estaba tan lejos de las posibilidades reales de la tecnología cuando creo al mítico Hombre Araña. Al menos el robot pulpo está a la vuelta de la esquina.

EL CUESTIONARIO: TOMÁS EGAÑA

Cada semana hacemos las mismas cuatro preguntas a un científico. En esta edición, entrevistamos al doctor Tomás Egaña, biotecnólogo.

–¿Qué te motivo a dedicarte a la ciencia?

-Creo que fue principalmente la curiosidad por tratar de entender las reglas de cómo funcionan las cosas. Desde grandes temas como el origen del universo y la vida, hasta preguntas más acotadas como, por ejemplo, cómo funcionan algunos sistemas vivos y por qué fallan. Además, lo bonito es que, al entender por qué fallan, uno puede usar esas mismas reglas de la naturaleza para tratar de solucionar el problema.

–¿Cuál es la obra científica que más influyó en tu actividad?

-No recuerdo ninguna obra en particular que haya tenido una influencia muy determinante en mi actividad. De hecho, creo que mi actividad científica se nutre principalmente de ir tomando elementos pequeñitos de muchas obras científicas distintas y tratar de encajarlas para contestar una pregunta que nos permita resolver algún problema.

–¿Cuál es el problema científico más importante por resolver?

-Creo que el problema más grande de la ciencia es entender cómo funciona todo, pero es un problema tan amplio y complejo que ahí cada uno busca su rinconcito desde donde puede aportar. Por eso creo que en ciencias no hay problemas más o menos importantes, al final la importancia del problema es súper relativa y se la da el investigador. Además, la historia está llena de ejemplos de personas que, trabajando en problemas supuestamente chicos, terminaron por resolver grandes preguntas.

–¿Cuál es la pregunta que te desvela como científico y cómo la enfrentas?

-Desde hace como 15 años que junto con mi equipo nos preguntamos qué pasaría si los humanos pudiéramos hacer fotosíntesis como las plantas. Si pudiéramos prender la luz para que el cuerpo produjera su propio oxígeno, podríamos cambiar muchas cosas. Esa pregunta la hemos enfrentado desde una perspectiva clínica, implantando microorganismos fotosintéticos para tratar distintas enfermedades que tienen que ver con la baja concentración de oxígeno en los tejidos. Entonces, en estos momentos, ya sabemos qué queremos hacer, ahora lo que me desvela es cómo.

LA IMAGEN DE LA SEMANA

Valle del arcoíris, San Pedro de Atacama. Fotografía gentileza de la astrofotógrafa Kerry-Ann Lecky Hepburn.

Esta semana disfrutamos el bello entorno del desierto de Atacama, en el norte de Chile. Sobre el colorido y árido paisaje podemos ver cómo la noche estrellada nos ofrece una imagen única de la Vía Láctea, esa franja diagonal que cruza el cielo como una nube, o una mancha de leche, de allí su nombre en latín.

Podemos apreciar la imponencia de las coloridas montañas gracias a la luz de la luna, que permitió a la fotógrafa canadiense Kerry-Ann Lecky Hepburn capturar los detalles de esa noche.

• La Vía Láctea es la galaxia en la que vivimos. Nuestro continente cósmico.¿Entonces por qué apuntamos hacia el cielo para verla allá lejos, en el firmamento de una noche clara?

Para comprenderlo debemos entender cómo es nuestra galaxia. Se trata de un conjunto de al menos cien mil millones de estrellas. Nuestro Sol es una de ellas. Estas se distribuyen en la forma de un plato, redondo y plano, de unos cien mil años luz de diámetro y mil años luz de ancho.

• Para que te hagas una idea, si encogemos la Vía Láctea hasta un diámetro de 10 cm, su ancho sería de 1 mm aproximadamente: más o menos como un posavasos.

Imagina ahora un plato de vidrio transparente, pero que ha sido decorado para representar nuestra galaxia. Para esto, el fabricante mezcló el vidrio con arena de granos coloridos que representan las estrellas. Nosotros somos un planeta que gira en torno a uno de esos granos, en algún lugar a medio camino entre el centro y el borde. ¿Cómo vería su alrededor un pequeño insecto atrapado dentro del vidrio, justo al lado del grano que representa al Sol?

Si mirara hacia la superficie del plato, vería muchas menos estrellas que si lo hiciera de canto. Cuando nosotros miramos hacia ese “camino de leche” en el cielo estamos, precisamente, mirando de canto a través de la galaxia, dirigiendo la mirada en una dirección hacia donde es mucho más vasta, con muchísimas más estrellas.

Otro fenómeno que observamos en la fotografía es un misterioso resplandor verde sobre las montañas, que la larga exposición –de 15 segundos– ha hecho más nítido. Se llama “luminiscencia nocturna” y es luz que proviene de nuestra atmósfera. Durante el día la luz del Sol arranca electrones de átomos (los “ioniza”) y rompe moléculas.

• En la noche los átomos y moléculas se vuelven a acomodar emitiendo luz. Al igual que en el caso galáctico, cuando miramos la atmósfera “de canto”, es decir, en dirección al horizonte, nuestra mirada atraviesa una extensión mucho mayor de esta. De allí que sea más intensa la luminosidad en esa dirección.
• La luminiscencia nocturna limita el poder de los telescopios en la Tierra. Por eso la importancia de los telescopios espaciales como el Hubble o el James Webb.

Una bella foto siempre es una gran excusa para hablar de ciencia. Pueden acceder a más fotografías de Kerry-Ann Lecky Hepburn en su Instagram, haciendo clic aquí.

BREVES PARALELAS

– El número 𝜋, la razón entre el perímetro y el diámetro de cualquier círculo, ha sido fuente de mucha matemática y de misterio. Sus infinitos dígitos se despliegan sin ningún patrón aparente, como un código fundamental pero imposible de descifrar.

• En realidad, más allá de la fascinación que provoca que una cantidad tan cotidiana sea al mismo tiempo tan extraña e infinita, para los matemáticos calcular los dígitos de 𝜋 no es algo de otro mundo.
• Pero, claro, se necesita mucho tiempo para calcular, uno a uno, cada dígito. Los actuales computadores no tienen problemas en hacerlo. No se necesita mucho poder de procesamiento para calcular en pocos segundos algunas decenas de miles de dígitos.

Sin embargo, recientemente un nuevo récord fue conseguido.

• Una compañía estadounidense de almacenamiento digital (StorageReview) anunció haber calculado 105 billones de dígitos (hablamos del billón español, es decir, un millón de millones).

Si escribiéramos ese número con dígitos de 1 mm, ¡su longitud sería tres veces la distancia entre la Tierra y la Luna!

– Un día como hoy, 1 de mayo, pero de 1859, murió John Walker, inventor inglés.

• No es quien piensas. El otro era un hombre de negocios, escocés, y murió dos años antes: el creador del popular whisky Johnnie Walker –que, curiosamente, era abstemio–.

En este caso, nos referimos al inventor de los fósforos. Como suele suceder, la invención se debió a la serendipia. En 1826, Walker probaba con distintas sustancias que pudiesen inflamarse espontáneamente para producir fuego. En una ocasión, una varilla que había sido sumergida en una de estas sustancias se encendió accidentalmente por fricción con un objeto áspero. Así nacieron los fósforos.

• El nombre “fósforo” proviene del elemento químico que, más tarde, se hizo habitual en la producción de este producto.

John Walker: un nombre que nos provee de fuego y de whisky. Gran nombre, ¿no?

RECOMENDACIONES

– El gen egoísta es ya un clásico de la no-ficción científica. Publicado en 1976 por el biólogo británico Richard Dawkins, ha atraído la atención de al menos dos generaciones de jóvenes hacia el mundo científico. Esta edición en español, El gen egoísta extendido (Bruño, 2017), incluye además la obra El fenotipo extendido, de 1982.

• Pocos libros pueden explicar la teoría de la evolución de Darwin mejor que este de Dawkins. Y no solo por el rigor científico que contiene. De hecho, el contenido científico no es aquí lo fundamental. Abundantes son los escritos sobre evolución para todo público, y muchos dirán que el punto de vista que adopta Dawkins –el del gen como unidad fundamental del proceso evolutivo– no es el más aceptado o consensuado. Además, existe mucha literatura más reciente que da cuenta de los avances de la biología durante los casi cincuenta años que han pasado desde la publicación de El gen egoísta.
• Pero pocas veces he leído no-ficción científica tan bien escrita. Tan ágil, rítmica y personal, poniendo énfasis en los lugares correctos. Las ideas fundamentales de la evolución están allí tan frescas como hoy.

Fue Dawkins quien, en este libro, acuñó el término “meme”, tan habitual en la era de las redes sociales y en la cultura popular de nuestros días.

Para el autor, un meme era una idea que se viraliza por imitación, de persona en persona. Los memes se reproducen y evolucionan, y, por lo mismo, pueden describirse como estructuras vivas.

Posteriormente, Dawkins se obsesionó con la religión y se transformó en un activista del ateísmo. Tanto ruido sigue haciendo con ese tema, mucho más controvertido y atractivo para públicos masivos, que a veces se olvida de dónde vino su fama. Y fue de esta hermosa obra que nadie debería dejar de leer.

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Eso es todo por esta semana en Universo Paralelo. Si tienes comentarios, recomendaciones o temas que aportar, puedes escribirme a universoparalelo@elmostrador.cl. La idea es que generemos una gran comunidad que deje atrás la farándula parlamentaria y las bajas pasiones humanas, para adentrarse en un mundo mucho mejor. Uno mucho más civilizado. En un Universo Paralelo. ¡Hasta la próxima semana!