Artículos sobre ciencia y tecnología de Mauricio-José Schwarz publicados originalmente en El Correo y otros diarios del Grupo Vocento

mayo 24, 2006

La pata del geco

Un misterio animal aparentemente simple desafía al conocimiento y asombra con una respuesta que se encuentra en los confines del átomo

Fue en el 350 a.n.e. cuando Aristóteles describió por primera vez la enorme capacidad del geco para trepar por todo tipo de superficies y correr cabeza abajo, desafiando la gravedad. Su asombro ha sido compartido por los seres humanos en todas las regiones cálidas del mundo, donde esta familia de pequeñas lagartijas (Geckonidae) está presente a través de numerosas especies. La voracidad de los gecos por diversos tipos de insectos hace que sean una presencia bienvenida. Los gecos blancos llamados "cuijas", por ejemplo, son un regalo indispensable en Chiapas, México, para quienes compran una casa o piso nuevos, pobres o muy ricos, como control natural de insectos.

Cómo trepa el geco, qué lo sostiene cabeza abajo, ha sido un verdadero misterio de la ciencia hasta hace muy poco tiempo. Las hipótesis referentes a su adherencia han sido muchas y muy diversas, pero todas fueron refutadas en experimentos: ni garras, ni púas, ni sustancias adhesivas, ni cargas electrostáticas ni sistemas de succión como los que emplea la salamandra.

Los largos dedos del geco tienen varias peculiaridades visibles a simple vista. Para quitar una pata de la superficie en la que está posado, el geco dobla los dedos hacia arriba, rizándolos. La suave parte inferior de la pata, por su parte, se aprecia cubierta de una serie de capas superpuestas lobulares llamadas lamelae, y una inspección más minuciosa y cercana nos muestra que estas lamelae están formadas por pelos queratinosos microscópicos llamados setae, presentes por millones en las patas del animal. Pero esta descripción no explica cómo esa pata se adhiere a todo tipo de superficies. Si acaso, profundiza el misterio. Después de todo, el geco sube con igual gracia (y tremenda agilidad, corriendo a una velocidad de un metro por segundo) en materiales como el vidrio cuidadosamente pulido. La fuerza de su adhesividad es también asombrosa. Los científicos descubrieron que una sola seta era capaz de levantar a una hormiga (20 miligramos). Un millón de setas, que caben fácilmente en una moneda de diez céntimos de euro, podrían sostener a un bebé de 20 kilogramos de peso. Cuatro millones de setas, un número normal en las patas de un geco, podrían sostener entre 45 y 80 kilogramos. Y el geco se puede sostener colgado de un solo dedo sin mostrar inquietud.

En la física subatómica
Fue hasta el año 2000 cuando un equipo científico encabezado por Robert Full informó de la respuesta, que yacía en el área de la física subatómica, más precisamente en las Fuerzas de Van der Walls. Estas fuerzas, descritas por el holandés Johannes Diderik van der Waals, Premio Nobel de Física en 1910, ocurren a nivel intramolecular, y surgen como resultado de la polarización de las moléculas en dipolos alterando la nube de los electrones. Estas interacciones débiles son las que aprovecha el geco, usándolas en gran escala para convertirlas en su desafío a la gravedad.

La pata del geco puede interactuar a nivel intramolecular porque, según descubrieron Autumn y su equipo, cada seta o pelo microscópico se subdivide en su extremo en miles de terminaciones llamadas espátulas. Esas espátulas son tan pequeñas, dos milmillonésimas de metro de ancho, que están por debajo de la longitud de onda de la luz, por lo que fue necesario echar mano de la más avanzada tecnología para medirlas y detectar su interacción con las superficies. A nivel de las moléculas de la superficie, las espátulas crean uniones químicas que reorganizan temporalmente los electrones del material para crear una atracción electrodinámica. Para conseguirlo, las setas deben ajustarse perfectamente a la superficie del material, de modo que las espátulas interactúen con los átomos del material. Y en tal interacción da exactamente igual que el material sea o no pulido, que esté o no mojado, porque ocurre entre las moléculas. Y, lo más interesante, esta atracción electrodinámica se puede anular simplemente cambiando el ángulo de contacto de las espátulas con las moléculas de la superficie, con lo que la pata no se "despega" de la superficie como podría despegarse una cinta adhesiva, superando la fuerza que la mantiene unida a una superficie, sino simplemente la atracción deja de existir cuando las espátulas superan un ángulo de 30 grados respecto de la superficie, lo cual además explica esa curiosa forma de rizar los dedos hacia arriba que emplean los gecos para dar un paso.

Las aplicaciones de este descubrimiento han empezado a aparecer. A mediados de 2003, una "cinta adhesiva geco" experimental confirmó que efectivamente las fuerzas de Van der Waals eran responsables de la adhesividad del geco, pero no resultaba comercialmente viable por su costo. Hacia fines de 2005, investigadores de la Universidad de Akron y del Instituto Politécnico Rensselaer anunciaron la creación de nanotubos de carbono de paredes múltiples capaces de generar una adhesividad 200 veces mayor que la de la pata del geco. Y para mayo de este año se ha anunciado ya la publicación de The Gecko's Foot, libro de Peter Forbes que precisamente se ocupa de la llamada "bioinspiración", el uso de fenómenos de la naturaleza para inspirar avances tecnológicos.

La solución del acertijo de la pata del geco resultó, sin duda alguna, muchísimo más compleja de lo que se hubiera podido imaginar hace algunos años. Y su promesa es, sin duda, muchísimo mayor que la de simplemente tener notas autoadhesivas para olvidarlas a un lado del monitor.

La pata autolimpiadora


La resolución del misterio de la pata del geco presentó otro desafío a los investigadores: ¿por qué las patas de estos animales no están cubiertas de suciedad, adherida a ellas precisamente por las mismas fuerzas que emplea para sostenerse en los techos?

Kellar Autumn, miembro del equipo original que explicó la adhesividad del geco en 2000, anunció en 2005 que las patas del geco no necesitaban limpieza, ni se llenaban de basura, por tener además una interesante propiedad: la de autolimpiarse.

Al estar separadas de una superficie, las setas, dice Autumn, se limpian por su propia geometría, rechazando la suciedad, cosa que se explica mediante un complejo modelo matemático pero se demuestra simplemente ensuciando las patas de un geco y viendo cómo quedan limpias al cabo de unos cuantos pasos.

Los adhesivos que podrían surgir del conocimiento del geco, por tanto, podrían no sólo ser de gran fuerza y fáciles de pegar y despegar, sino que también podrían ser autolimpiables, ideales para la nanocirugía, los robots que recorran Marte o aplicaciones en entornos como la Estación Espacial Alfa, donde lo menos bienvenido es la basura.

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