Los seres humanos han recurrido durante mucho tiempo a la naturaleza en busca de soluciones, desde descifrar los misterios del vuelo hasta la creación de materiales más resistentes.Para Javier Fernández, profesor asociado de la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur (SUTD), la naturaleza es un modelo para la sostenibilidad."A diferencia de la ingeniería intensiva en energía de nuestra sociedad, la naturaleza opera bajo un paradigma de escasez y encuentra soluciones sin acceso a fuentes intensas de energía o transporte de materiales", observó.

La quitina, que se encuentra en todas partes de la naturaleza, desde camarones hasta conchas marinas y hongos, es un material orgánico que merece una mirada más cercana.Además de ser el segundo más abundantematerial organicoen la Tierra, es fuerte y liviano, lo que lo convierte en un material ideal para muchas aplicaciones de ingeniería."La quitina también tiene una fuerte afinidad por los metales", dijo el profesor asociado Fernández.

"Decidimos evaluar si esta afinidad, combinada con los procesos que dan forma a la cutícula, podría usarse para producir estructuras metálicas funcionales de forma 'biológica'".

En el mundo natural, los metales, aunque rara vez se utilizan, se pueden encontrar en algunas estructuras quitinosas, como las cutículas y exoesqueletos de insectos y crustáceos.Al profundizar en la afinidad que las quitinas y sus derivados tienen por los metales, Fernández y su equipo diseñaron un nuevo enfoque para el trabajo de metales, que publicaron en su artículo, "Un enfoque biológico para el trabajo de metales basado en coloides y compuestos quitinosos.", en la revistaMateriales funcionales avanzados.

Mediante el uso de diseño y tecnología inspirados en estos compuestos quitinosos, el equipo de investigación demostró una forma novedosa de producir estructuras metálicas funcionales sin los costes energéticos habituales.

En el trabajo tradicional con metales, las altas temperaturas y presiones son esenciales para fundir y dar forma a los metales.Esto contrasta marcadamente con la forma en que los metales se incorporan a los materiales quitinosos en la naturaleza, lo que ocurre en condiciones ambientales.

Tomemos como ejemplo los compuestos metálicos que se encuentran en las cutículas de los artrópodos, como los caparazones de los cangrejos.Por lo general, los metales sólo llegan al caparazón del cangrejo en las últimas etapas del desarrollo de la quitina; la quitina primero se endurecería hasta formar un caparazón mediante el curtido y la deshidratación antes de cualquier proceso.metaldel medio ambiente se le añade.Esto es similar a cómo también se podrían introducir compuestos metálicos en el quitosano, un derivado de la quitina, como descubrieron los investigadores en sus experimentos.

Pudieron formar compuestos metálicos sólidos bajo temperatura y presión estándar simplemente introduciendo cantidades muy pequeñas de quitosano y agua entre partículas de diferentes metales.

Cuando el agua se evapora, las moléculas de quitosano replican el proceso de consolidación en las cutículas, juntando las partículas con tanta fuerza que se convierten en un sólido continuo compuesto 99,5% de metal.

Fernández compara el proceso de fabricación con la formación de hormigón y explica: "Al verter partículas metálicas en quitosano disuelto y dejarlas 'secar', podemos formar piezas metálicas masivas sin las limitaciones de la fusión".

Si bien estos compuestos quitometálicos no eran físicamente fuertes, los investigadores descubrieron que el material adquiría una buena conductividad eléctrica y podía imprimirse en 3D.Al mismo tiempo, el material siguió mostrando compatibilidad con otros biomateriales a pesar de contener sólo una pequeña cantidad de quitosano.Esto abre la posibilidad de introducir estas propiedades quitometálicas en otros biomateriales, como la madera y la celulosa.

Fernández cree que esta tecnología crea un nuevo paradigma en el trabajo de los metales.A pesar de la falta de resistencia mecánica, el biomaterial fabricado es adecuado para componentes metálicos que no soportan carga, como componentes eléctricos o electrodos de batería.Ahora se pueden realizar trabajos en metal para algunos componentes sin consumir muchos recursos.

"Esta tecnología no reemplaza los métodos tradicionales sino que permite nuevos métodos de producción complementarios", enfatizó.

Desde entonces, el equipo de Fernández ha presentado con éxito una patente para el innovador método de fabricación y ahora está estudiando el diseño de una nueva tecnología para desarrollar componentes electrónicos 3D biodegradables, que pueden allanar el camino para métodos de producción más eficientes y sostenibles.