Los materiales que cambiarán el mundo
Cómo la nanotecnología desarrolla propiedades para los objetos físicos nunca vistas hasta ahora
Un teléfono móvil transparente y que no se tenga que enchufar a la corriente para cargarse? ¿Una camisa que monitorice las constantes vitales de quien la viste? ¿Un ordenador que piense como un cerebro humano? Quizá parezcan escenas de ciencia ficción, pero la nanotecnología, que permite diseñar materiales desde la escala atómica, podría hacerlas realidad en las próximas décadas.
“En los próximos diez años seremos capaces de imprimir tintas para producir energía solar en la ropa. Podremos cargar el móvil conectándolo a la chaqueta, y adiós a conectarse a la red”, declara Mónica Lira, investigadora del Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2). Junto a su equipo, Lira está desarrollando celdas solares en forma de tintas que se pueden depositar sobre prácticamente cualquier superficie y con técnicas como las que hoy en día se utilizan para imprimir camisetas. Su versatilidad abriría un nuevo abanico de posibilidades. “Con ellas se podrían pintar las ventanas, las paredes y los muebles de cualquier habitación”, añade Lira. La composición de las tintas, basadas en óxidos( compuestos que contienen oxígeno), puede modificarse además para escoger prácticamente cualquier color que se desee.
Otra fuente de energía igualmente ubicua, aunque menos evidente, es la radiación electromagnética que nos rodea, como la del wifi, la radio o los teléfonos móviles. “Se podría fabricar una antena integrada en la ropa para recolectarla energía del asondas electromagnéticas ”, afirma Jo sé María Ruiz, profesor de la Escola Universitària Salesiana de Sarrià (EUSS) que ha trabajado en el desarrollo de esta idea. Una antena de este tipo podría ser suficiente para alimentar pequeños dispositivos integrados en piezas de ropa inteligentes: sensores médicos, linternas led, un ventilador o un mecanismo que ayudase a las piernas a saltar, ilustra Ruiz. “Todavía debe resolverse el reto de integrar los circuitos eléctricos en los tejidos”, puntualiza.
Para esta clase de aplicaciones electrónicas también se estudian moléculas orgánicas que pueden hacer las funciones clásicas del silicio, base de la electrónica actual, pero que además ofrecen un sinfín de posibilidades adicionales, ya que sus propiedades eléctricas son mucho más versátiles. “Existen millones de moléculas y se pueden diseñar como uno quiera”, declara Concepció Rovira, investigadora del Institut de Ciències de Materials de Barcelona (Icmab-CSIC). El equipo de Rovira ha desarrollado una pequeña membrana cuya conductividad eléctrica cambia en función de cuánto se estire. Incorporada en una faja, monitoriza en tiempo real la respiración de una persona. “Puede tener aplicaciones para diagnosticar trastornos como la apnea del sueño”, afirma la investigadora.
Su equipo también ha producido un sensor de temperatura tan sensible que se dispara sólo con que una persona se acerque a un metro de distancia. “Podría servir para contar cuántas personas hay en una habitación en un momento dado”, explica Rovira. Otra ventaja de estos materiales orgánicos es que son muy económicos, ya que también se pueden imprimir como tintas.
Otra área que despierta interés son los circuitos electrónicos transparentes. “Se podrían integrar sobre una pantalla, en las gafas o en las ventanas de los coches, por ejemplo”, señala Gustau Catalán, investigador Icrea en el ICN2. Catalán investiga materiales como el óxido de galio que podrían servir para esa finalidad.
Quizás hay quien se contentaría, por otra parte, con que las baterías de los móviles no se estropeasen a los pocos años. El problema radica en el litio, en el que se basan las baterías actuales. “Cada vez que se cargan, se van deteriorando los electrodos por culpa del calor, porque el litio es extremadamente reactivo. Por eso, cada vez son capaces de almacenar menos energía”, explica Llorenç Servera, profesor de la EUSS e investigador del Institut de Recerca en Energia de Catalunya (IREC). Una posible solución sería utilizar supercondensadores, dispositivos capaces de almacenar grandes cantidades de energía en forma de electricidad, y no como energía química, como lo hacen las baterías. “Los supercondensadores, combinados con baterías, pueden prolongar la vida de estas en más de un 50%”, afirma Llorenç Servera. Sin embargo, el mayor potencial de los supercondensadores estaría en los vehículos eléctricos. “Podrían permitir que una moto eléctrica se cargase en un minuto. Y solo tendría que cargarse una o dos veces al día. Es una alternativa más económica que la gasolina”, declara Llorenç Servera, que está desarrollando supercondensadores con mayor capacidad gracias al grafeno, uno de los materiales que más expectativas han levantado en la última década.
El grafeno es un material bidimensional, formado por una sola capa de átomos de carbono, y con una gran capacidad para conducir la electricidad y el calor. Además, se le pueden introducir modificaciones químicas para que cambie sus propiedades eléctricas frente a
Celdas solares en forma de tintas abren la posibilidad de tener energía eléctrica sin conectarse a la red
diferentes estímulos, lo que lo hace ideal como sensor rápido y muy sensible, explica Frank Koppens, investigador Icrea en el Institut de Ciències Fotòniques (ICFO). “Gracias al grafeno, se pueden fabricar cámaras que pueden ver por la noche o a través de la niebla. O sensores ópticos para coches o smartphones que midan luz que no podemos ver con nuestros ojos”. Estos sensores, todavía en desarrollo, permitirían comprobar, a través de un teléfono, si un alimento está fresco y es apto para el consumo, añade Dmitri Efetov, investigador también del ICFO. En el caso de los coches autónomos, les ayudarían a identificar rápidamente a un peatón incluso de noche, apunta Koppens.
El grafeno también tiene un gran potencial en computación, ya que permitiría procesar la información a través de la espintrónica, según Stephan Roche, investigador Icrea en el ICN2. “Sería una revolución completa”, afirma. La espintrónica se basa en una propiedad magnética interna de los electrones llamada espín, que define cómo giran y se puede transferir en una corriente de modo similar a como los elec- trones atraviesan un dispositivo electrónico, pero con una gran diferencia: en un dispositivo espintrónico avanzado, los electrones no tendrían que moverse, de forma que consumiría muy poca corriente eléctrica.
“Gracias al grafeno y la espintrónica, podemos imaginar tener algún día ordenadores sin batería ni cables. Unas pocas celdas solares serían suficientes para alimentarlos”, especula Stephan Roche. El investigador del ICN2 calcula que, en un futuro hipotético en que la espintrónica lograse sustituir a la electrónica, podría suponer un ahorro mundial de billones de euros al año.
Para la espintrónica, además del grafeno, también se investigan los óxidos, explica Josep Fontcuberta, investigador del Icmab que trabaja con estos materiales. Algunos óxidos, por otra parte, podrían ayudar a producir ordenadores que integrasen la memoria y el procesamiento de datos, que en las máquinas actuales están separados, señala Fontcuberta. Eso no sólo ahorraría una cantidad enorme de energía, sino que también permitiría a los ordenadores trabajar como lo hace el cerebro humano. “En el cerebro la memoria y la lógica están juntas”, declara Fontcuberta. “Esta arquitectura permite hacer operaciones en paralelo y es muy eficiente en tareas que para los ordenadores actuales son difíciles, como el reconocimiento automático de formas”, esencial para los coches autónomos, señala el investigador del Icmab.
El grafeno tendrá varios usos que despiertan enorme expectación por su potencial