Crean un guante para trepar por un vidrio como el hombre araña

Aspirantes a superhéroes podrán muy pronto treparse por las paredes como el hombre araña gracias un nuevo dispositivo desarrollado por un equipo de investigadores que le permite a un ser humano escalar sin problemas una pared vertical lisa.

El material empleado en el dispositivo está inspirado en el geco tokay, una lagartija oriunda de Asia que se desplaza sin inconvenientes por superficies verticales planas.

Desde hace años, investigadores han tratado de dilucidar cómo hacen para trepar estas lagartijas.

Sin embargo hasta ahora, replicar el sistema de adhesión de las pequeñas patas de estos reptiles a una escala mayor -del tamaño de una mano-, sin perder efectividad, no ha resultado fácil.

Y esto es precisamente lo que han logrado los científicos de la Universidad de Stanford, en California, en colaboración con la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados de Defensa (Darpa), de Estados Unidos: crear un guante de silicona del tamaño de una mano que funciona perfectamente para ascender por una pared de vidrio.

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BBC Ciencia

El puercoespín, un modelo para desarrollar nuevos materiales adhesivos

Un puercuespín norteamericano ('Erethizon dorsatum'). | J. Glover

El cuerpo del puercoespín norteamericano ('Erethizon dorsatum') está recubierto con 30.000 poderosas púas que no duda en utilizar para defenderse de sus enemigos. Penetran en la piel con gran facilidad y son muy difíciles de extraer, unas propiedades que convierten a este mamífero roedor de carácter desconfiado en un animal peligroso. Lo saben bien aquellos que han tenido un encuentro con él.

Los científicos están intentando entender cómo funciona este extraordinario mecanismo de la naturaleza para copiarlo y reproducirlo en el laboratorio con el objetivo de desarrollar nuevos materiales adhesivos con aplicaciones en medicina.

Los primeros pasos para copiar este sistema se están llevado a cabo con éxito, según asegura un equipo de científicos estadounidenses en un artículo publicado esta semana en 'Proceedings of the National Academy of Sciences' (PNAS).

Según explican los investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y del Centro Terapéutico Regenerativo y Hospital de Mujeres de Brigham (BWH), el mecanismo de las púas del puercoespín servirá para diseñar nuevos tipos de adhesivos, agujas y otros dispositivos médicos que permitan realizar suturas y cerrar heridas internas sin usar grapas, hilo o los pegamentos que se utilizan en la actualidad.

La Naturaleza como inspiración

"Creemos que la evolución es la mejor solución para los problemas", asegura Jeffrey Karp, profesor en la Escuela de Medicina de Harvard y coautor de este artículo.

Vista microscópica de una púa artificial.| PNAS

Lo que han logrado hasta ahora es caracterizar por primera vez el mecanismo que permite que las púas entren y salgan de la piel. También han desarrollado dispositivos artificiales con las mismas características mecánicas que las púas del puercoespín de cara a la fabricación de agujas menos dolorosas o adhesivos que puedan cerrar tejidos internos de manera más segura.

En medicina, señalan los autores, existe una gran necesidad de este tipo de adhesivos, especialmente para pacientes que han sido sometidos a cirugías gástricas u operaciones en el intestino. Los cirujanos suelen utilizar suturas o grapas, que pueden causar complicaciones.

Además de suturas, los cirujanos usan a veces un pegamento especial para unir tejidos. Según señala Jeffrey Karp, profesor en la Escuela de Medicina de Harvard, estos adhesivos tisulares pueden resultar tóxicos y en algunos pacientes provocan reacciones inflamatorias.

Réplicas de poliuretano

Existen distintas especies de puercoespín. El que se ha utilizado para realizar esta investigación es el norteamericano ('Erethizon dorsatum') y habita los bosques de Alaska, Canadá y el norte de EEUU. Sus púas miden varios centímetros. La punta de la espina tiene unos cuatro milímetros recubiertos por púas microscópicas.

En el laboratorio crearon réplicas artificiales con poliuretano para comprender las fuerzas físicas que permiten que la púa penetre en una variedad de tejidos, como la piel y el músculo. Pudieron comprobar que su geometría permite que penetre fácilmente y que se mantenga dentro, pues presenta un alto nivel de adhesión que hace realmente difícil sacarla.

Para Karp, siempre ha habido muchas creencias erróneas sobre los puercoespines y sus púas. Por ejemplo, el investigador recuerda que el filósofo Aristóteles creía que estos animales podían disparar sus púas a distancia, algo que no es cierto, pues las liberan sólo cuando entran en contacto con un depredador. Por ello, penetran suavemente en el tejido.

Púas que se desintegran en el cuerpo

Ahora están investigando cómo fabricarlas con materiales biodegradables que se desintegren dentro del cuerpo cuando hayan cumplido con su función.

No es la primera vez que los científicos se basan en las propiedades de los animales para mejorar el instrumental médico. En 2008 Langer y Karp presentaron el concepto de vendajes inspirados en la salamanquesa, aunque necesitaban un adhesivo para fijarse en tejidos húmedos. La tecnología basada en la púa del puercoespín, aseguran sus creadores, se adhiere a los tejidos si necesidad de utilizar ninguna sustancia.

Los investigadores creen que los materiales y dispositivos inspirados en la naturaleza tienen un gran potencial para revolucionar las herramientas y los materiales que se usan en la actualidad en biomedicina, desde la administración de fármacos a la ingeniería de tejidos.

Fuente:

El Mundo Ciencia 

Los gecos y el secreto de la adherencia de Spiderman

El secreto del traje de Spiderman lo tienen los gecos y no las arañas.

Los gecos podrían ser considerados una especie de superhéroes del mundo animal.

Estos coloridos lagartos pueden escalar rápidamente por las paredes, corretear por los techos e incluso colgarse boca abajo en vidrios pulidos.
Sin embargo, hasta no hace mucho, el secreto de su asombrosa capacidad para escalar era un misterio.

La parte inferior de las patas del geco parece una llanta aplastada y está cubierta por millones de pelos microscópicos. Cada pelo se divide en miles de puntas diminutas.

El secreto de la adhesión de estos lagartos parecen ser las débiles fuerzas intermoleculares que agrupan a los materiales cuando se acercan.

Estas fuerzas explican cómo un geco puede poner todo su peso sobre un sólo dedo y cómo uno de sus pelos puede alzar el peso de una hormiga.

Para despegarse, este peculiar lagarto sólo tiene que poner su pata en una posición diferente.

"Estamos hablando de algo que es casi como una cinta adhesiva", explica el profesor Kellar Autumn, que empezó a interesarse en la extraña capacidad de los gecos cuando el ejército estadounidense le pidió que desarrollara robots capaces de escalar.

"Lo más especial es que es capaz de controlarlo. Y ese control está basado en la geografía y en la física, no en la química", afirma Autumn, que trabaja en el Insituto Lewis & Clark de Oregón.

Inspiración de materiales adhesivos

Los científicos compararon los pelos del geco y otros de polímero creados sintéticamente.

Los esfuerzos por descubrir los mecanismos detrás de la capacidad de escalar de los gecos han llevado a la creación de un material que se adhiere de la misma manera.

Cuando se trata de pegar, despegar y volver a pegar un pedazo de cinta adhesiva varias veces, ésta pierde rápidamente sus propiedades adherentes.

El profesor Autumn y Mark Cutkosky, de la Universidad de Stanford, compararon los pelos del geco y otros de polímero creados sintéticamente mediante una máquina que simula la manera de escalar del reptil.

Ambos podían reusarse unas 30.000 veces sin perder la capacidad adherente.

Con los adhesivos sintéticos se podrían crear aplicaciones para la robótica, la medicina, los deportes y la industria textil.

Humanos adherentes

Y la pregunta que siempre surge es si esta técnica se podría aplicar en los humanos. ¿Podríamos escalar muros como Spiderman?

En 2007, el físico e ingeniero de la Universidad Politécnica de Turín Nicola Pugno, calculó que una persona con guantes y botas de nanotubos de carbono con un diseño que imita las patas del geco podría escalar de forma segura una pared o un techo.

Sin embargo, también hay desafíos como la posibilidad de que el tejido se rompa y que las partículas de suciedad se acumulen y pierda la adhesión.

"En mi opinión, no estamos lejos de crear un traje de Spiderman"

Nicola Pugno, profesor de la Universidad de Turín

El material debería funcionar en todo tipo de superficie por largos periodos de tiempo. 

"En mi opinión, no estamos lejos de crear un traje de Spiderman", explica el profesor italiano.

Por su parte, el profesor Metin Sitti de la Universidad de Carnegie asegura que la idea "no es imposible". Habría que escoger a una persona que pese poco y aplicar adhesivo a muchas partes del traje (no sólo a los pies y las manos). Eso mejoraría las posibilidades de éxito", explica.

Varios institutos han desarrollado robots capaces de escalar muros. Por ejemplo, un grupo de científicos creó los "gecobots" que se usan para buscar a supervivientes en edificios en llamas o en zonas de desastre, para explorar el terreno rocoso de Marte o incluso como juguetes.

Otras aplicaciones

Un grupo de científicos creó los "gecobots" que se usan para buscar a supervivientes en edificios en llamas o en zonas de desastre.

El profesor Metin Sitti cree que este material podría ofrecer alternativas a las actuales tecnologías de "cierre", como cierres de gancho y lazo y sistemas de empaquetado de comida.

Es un área que está estudiando con la compañía NanoGripTech.

Estos adhesivos sintéticos funcionan mejor en superficies como el cristal, ya que las rugosas o irregulares ponen más obstáculos.

El reto de la compañía es conseguir un buen rendimiento en una mayor variedad de superficies y condiciones.

"El segundo desafío es ¿cómo se puede crear y vender este material en grandes cantidades y a un bajo costo?", afirma Sitti.

El material adhesivo, que está hecho con silicona y que fabrica la compañía alemana Binder, lleva en el mercado unos seis meses.

La compañía está explorando también aplicaciones médicas.

"Por el momento sólo podemos poner usar este adhesivo en superficies muy planas y brillantes. Depende en las puntas por centímetro cuadrado que podamos colocar. Por ahora tenemos 29.000 por centímetro cuadrado", explica Jan Tuma, de la compañía Binder.

"Los gecos tienen más, pero llevan millones de años desarrollándolos", explica.

A. Las patas de los gecos están cubiertas de una serie de lamelas. B. Millones de pelos microscópicos cubren cada dedo. C. Cada pelo acaba en miles de puntas diminutas. D. Estas puntas están muy por debajo del límite de espectro visible.

"Podemos ver la naturaleza como una biblioteca de diseño gigante. La forma en la que los gecos se adhieren es tan extraña y tan diferente de cómo se han desarrollado los adhesivos, que no creo que hubiéramos podido inventar algo así".

Fuente:

BBC Ciencia