La ola que no era blanca
He aquí algo que hará que veas el arte japonés de manera diferente: los brillantes blancos en los famosos grabados en madera de Hokusai no son realmente blancos. La espuma de sus olas, la nieve que corona el monte Fuji, las nubes etéreas: toda esa luminosidad blanca proviene de la textura del propio papel washi. La luz rebota entre las fibras expuestas del papel, dispersándose en todas direcciones, y nuestros ojos interpretan eso como un blanco brillante y puro.
Sin pigmentos. Solo la física haciendo lo suyo.
Este fenómeno se denomina blancura estructural, y ha estado oculto a plena vista en la naturaleza mucho antes de que los humanos pensaran en estudiarlo. La espuma del mar, las nubes, la nieve fresca: ninguno de ellos contiene "sustancia blanca". Simplemente poseen la arquitectura microscópica adecuada para dispersar la luz visible como si no hubiera un mañana.
Y ahora, los científicos han descubierto cómo aprovechar este antiguo truco para materiales modernos. ¿Mola, verdad?
Dos problemas, una solución ingeniosa
El equipo internacional detrás de esta investigación, liderado por el profesor Easan Sivaniah en el Instituto de Ciencias Integradas de Materiales Celulares de la Universidad de Kioto, con colaboradores de la Universidad Metropolitana de Tokio y la Universidad de Donghua, tenía dos grandes dolores de cabeza en el mundo de los materiales que quería resolver.
Primero: el dióxido de titanio. Este mineral aparece en todas partes: en envases blancos, películas, recubrimientos, e incluso en algunos alimentos (donde antes se etiquetaba como aditivo E171). Hace que las cosas sean brillantes y opacas, lo cual es genial para los fabricantes. Pero aquí está el problema: la Unión Europea prohibió recientemente el dióxido de titanio como aditivo alimentario debido a preocupaciones de seguridad. Eso es un gran problema, ya que significa que las empresas de todo el mundo se apresuran a encontrar alternativas.
Segundo problema: los PFAS. Es posible que los hayas oído llamar "químicos eternos". Estos compuestos fluorados ayudan a los materiales a repeler el agua y el aceite, lo cual suena útil, hasta que recuerdas que persisten en el medio ambiente durante lo que parece una eternidad y podrían causar problemas de salud. La presión global para encontrar sustitutos está aumentando.
El equipo de investigación pensó: ¿y si no necesitáramos ninguno de estos? ¿Y si pudiéramos diseñar materiales que obtuvieran su blancura y resistencia al agua únicamente de su estructura física?
La naturaleza ya resolvió esto
Los investigadores se inspiraron en lugares bastante inesperados. ¿La hoja de loto, famosa por su superficie "autolimpiante" que repele el agua? Eso es una cuestión de textura, no de recubrimiento químico. ¿Los nidos espumosos que algunas ranas construyen para proteger sus huevos? Aire y estructura, sin aditivos necesarios.
La estrategia es elegante: en lugar de añadir sustancias a los materiales para que se comporten de cierta manera, integrar ese comportamiento en la arquitectura física del material desde el principio.
"Un desafío clave que enfrenta la ciencia biomimética es realizar diseños de materiales respetuosos con el medio ambiente inspirados en la naturaleza, a la escala y costo de los materiales existentes", afirmó el profesor asociado Taiki Yanagishima, de la Universidad Metropolitana de Tokio.
Y eso es exactamente lo que lograron hacer.
El proceso: luz, disolvente, magia
Aquí es donde se pone interesante. La técnica que desarrollaron se llama Fotolitografía de Espuma Profunda (DFP, por sus siglas en inglés), y su belleza reside en su simplicidad.
Primero, se ilumina una película de polímero. Esa luz rompe el polímero en piezas más pequeñas. Luego se aplica un disolvente suave, que hace que esos fragmentos se hinchen y expandan.
A medida que el material se expande, desarrolla una red de poros microscópicos, como una espuma ultrafina. Esta estructura esponjosa hace dos cosas notables a la vez: