Lagartijas y aradidos sirven de inspiración para los diseños energéticamente eficientes
Los investigadores del proyecto financiado con fondos europeos LiNaBioFluid han abordado el biodiseño teniendo en cuenta la eficacia energética. Analizaron dos prestaciones clave de las máquinas: la lubricación y la reducción de la fricción para minimizar la resistencia. «Este es un campo muy importante, ya que se calcula que cada año se pierde un 5 % del producto nacional bruto debido al desgaste y la abrasión en los países industrializados», comenta el doctor Emmanuel Stratakis, coordinador del proyecto. Las soluciones se basaron en la comprensión del papel de la topografía y la humectabilidad superficial en el transporte de fluidos, desde canales capilares hasta una superficie microestructurada en la que se propagan los líquidos. Biomodelos de extrema eficiencia: las lagartijas del desierto y los aradidos Las especies higroscópicas de lagartija sobreviven en condiciones áridas recolectando la humedad en su piel a través del transporte hídrico direccional. Los chiches planos sudamericanos poseen propiedades humectantes únicas en su tegumento externo para poder camuflarse cuando llueve. Asimismo, a fin de encontrar otro modelo útil para el transporte direccional de fluidos, los investigadores estudiaron el transporte del líquido de defensa oleoso desde las glándulas exocrinas en hemípteros europeos (orden «Hemiptera», suborden «Heteroptera»). De los modelos a los materiales Los investigadores de LiNaBioFluid analizaron las características responsables de estas propiedades sorprendentes empleando la microscopía electrónica. A continuación, duplicaron las estructuras utilizando tecnología láser avanzada sobre materiales inorgánicos duros como el silicio, el acero, el bronce y aleaciones de titanio, y evaluaron sus propiedades de reducción de la fricción y transporte de fluidos. En este contexto, se observó un aumento de la eficiencia en todos los aspectos y una reducción de la fricción de hasta el 50 % para el acero del demostrador gracias a la estructuración biomimética por láser. El transporte de aceite por gravedad en condiciones de lubricación deficiente fue todo un éxito. Es más, se logró un transporte más rápido de aceite en acero biomimético estructurado por láser. El equipo fabricó las estructuras biomiméticas en superficies grandes, de hasta 10 centímetros cuadrados, y abordó el procesamiento de áreas rugosas adecuadas para ejes rotatorios en carcasas de rodamientos en un medio de lubricación. Esta vez, gran parte de la inspiración procedió de las pieles de tiburón y de serpiente. Los resultados revelaron una reducción del 50 % del coeficiente de fricción para el demostrador de ejes de acero en aceite de motor en comparación con las carcasas de acero de rodamientos. Aplicaciones en una variedad de sectores Otros logros estuvieron relacionados con el enorme potencial de uso de la estructuración biomimética por láser. Podrían emplearse nuevos tipos de estructuras biomiméticas y a nanoescala en metales, semiconductores, vidrios y polímeros, en aplicaciones de óptica, fotónica, microfluídica, biomedicina, nanoelectrónica y energía solar. «Finalmente, se han realizado muchos progresos en el desarrollo de los procesos utilizados en las estrategias avanzadas de estructuración por láser, así como en la comprensión de los complejos procesos de interacción materia-láser», comenta el doctor Stratakis. Por ejemplo, la replicación de polímeros de estructuras biomiméticas fabricadas con láser en metales ampliará en gran medida el campo de aplicación y permitirá la producción en masa a un coste menor. El futuro de la biomimética en el diseño técnico Los pacientes podrían beneficiarse de implantes de titanio con microestructuras con superficie inducida por láser que pueden ser humedecidos por la sangre y los fluidos corporales, a la vez que previenen el crecimiento excesivo de tejidos y células. Este resultado inesperado se pondrá en valor en el proyecto subsiguiente CellFreeImplant, financiado en el marco del programa FET Innovation Launchpad. Las sorprendentes propiedades antirreflectantes de las microestructuras inducidas por láser de inspiración biológica están protegidas por una patente pendiente de aprobación y serán investigadas más a fondo en el proyecto LaBionicS, continuación de LiNaBioFluid y financiado también por el programa FET Innovation Launchpad. «Es más, una patente relacionada con la tecnología desarrollada en el marco de LiNaBioFluid denominada “Componente metálico superoleófilo fabricado por láser con propiedades de retención de aceite para la reducción de la fricción” fue presentada por la Fundación para la Investigación y la Tecnología Hellas y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas tras la finalización del proyecto», concluye el doctor Stratakis.
Palabras clave
LiNaBioFluid, biomimético, reducción de la fricción, lagartija, aradido, transporte de fluidos, inducido por láser
