“Los nuevos materiales del futuro serán nano, inteligentes y biomiméticos”

Por Alex Fernández Muerza.- Emilio Castro Otero investiga en el Departamento de Física de la Materia Condensada de la Universidad de Santiago de Compostela y su trabajo se centra en el estudio de las propiedades de un tipo de plástico (denominación popular de lo que estrictamente hablando conocemos como polímeros), los copolímeros de bloque, de cara a su aplicación en la liberación controlada de fármacos. Desde su conocimiento en el campo, Emilio nos explica en qué consisten los nuevos materiales, qué se está investigando y cuál puede ser su futuro.

¿Cuáles son los nuevos materiales que más se utilizarán en nuestra vida cotidiana?

El desarrollo de nuevos materiales va dejando obsoletas las clasificaciones tradicionales (seguidas por ejemplo por el Programa Nacional de Materiales) de los materiales en cerámicas, metales, polímeros, materiales compuestos, biomateriales, semiconductores, superconductores, materiales magnéticos y catalizadores. El futuro está en el mestizaje.

Así, los nuevos materiales con que conviviremos cotidianamente en nuestra vida diaria durante el siglo XXI se desarrollarán a partir de materiales ordinarios (cerámicas, metales, polímeros, materiales compuestos y biomateriales) y tendrán tres adjetivos principales: serán nanomateriales, materiales inteligentes y materiales biomiméticos.

La habilidad para controlar, manipular y diseñar materiales en la escala de tamaños nanométrica (10-9 m), nanomateriales, será uno de los motores conductores de los avances tecnológicos del siglo XXI. Los materiales inteligentes revolucionarán nuestra forma de concebir la síntesis de materiales: al estar diseñados para responder a estímulos externos, extender su vida útil, ahorrar energía o simplemente ajustarse para ser más confortables al ser humano. El desarrollo de materiales “inteligentes” los hará auto-replicantes, auto-reparables e, incluso, si es necesario, auto-destructibles, reduciéndose con ello los residuos y aumentando su eficiencia. Los materiales biomiméticos buscan replicar o “mimetizar” los procesos y materiales biológicos, tanto orgánicos como inorgánicos. Conocer mejor los procesos utilizados por los organismos vivos para sintetizar minerales y materiales compuestos servirá, por ejemplo, para desarrollar materiales ultra-duros y, a la vez, ultraligeros para nuestras aeronaves.

¿Cuáles son las investigaciones más punteras e interesantes en la actualidad sobre nuevos materiales?

El objetivo de la ciencia y tecnología de materiales de hoy en día es el diseño de materiales a medida (empezando por su composición, fases constituyentes y microestructura), con el fin de obtener un material con unas propiedades adecuadas para una aplicación determinada.

Especial atención se está prestando a la comprensión de los procesos fundamentales que gobiernan las propiedades y el comportamiento de los materiales desde un nivel atómico/nanométrico hasta macroscópicamente, empleando para tal fin nuevas técnicas de análisis avanzadas y complejas simulaciones por ordenador.

No es posible en unas líneas abarcar todas las líneas de investigación abiertas y prometedoras que hoy en día existen en ciencia y tecnología de materiales (la Fundación COTEC ha calculado 1400 proyectos de investigación en esta área en los últimos años en la UE). Así, alguna de las variadas investigaciones en nanomateriales permitirán en el futuro sistemas de liberación de fármacos (”drug delivery” en inglés) ultra-precisos, nanomáquinas para microfabricación, dispositivos nanoelectrónicos, tamices moleculares ultra-selectivos y nanomateriales para vehículos de altas prestaciones (por ejemplo, aviones). Entre los materiales inteligentes que se están investigando nos encontramos músculos artificiales y materiales que “sienten” sus propias fracturas. Lo que los materiales biomiméticos han de deparar pasa por investigaciones como la obtención de seda sintética con propiedades similares a la de las telarañas, por chips de ADN o por el crecimiento de cristales en el interior de “jaulas” víricas.

¿Qué se espera de las investigaciones en nuevos materiales para los próximos años? ¿En que se está trabajando?

Son varias las preocupaciones sociales que mueven la investigación en ciencia y tecnología de materiales a nivel europeo: a) por el medio ambiente y el desarrollo sostenible, que se plasma en la búsqueda de nuevas tecnologías para la generación de energía, dispositivos energéticamente más eficientes y materiales reciclables y menos tóxicos; b) por la salud, así, junto a la biotecnología, se trabaja en el desarrollo de huesos y tejidos artificiales biocompatibles, sistemas de liberación de fármacos más eficientes y seguros, sistemas de depuración de agua, etc; c) por las TIC, íntimamente ligadas a los avances que obtendrán y están obteniendo los científicos que trabajan en nuevos materiales magnéticos, ópticos y electrónicos; d) por los bienes de consumo, investigando desde nuevos aditivos hasta nuevos materiales para embalaje; y e) por el transporte, donde estructuras ultra-ligeras de aluminio para automoción, sistemas de frenado para trenes de alta velocidad, aviones más estables o azulejos aislantes para la reentrada de transbordadores espaciales son sólo algunos ejemplos de cómo la ciencia aporta nuevos materiales de altas prestaciones que hacen el transporte más rápido, seguro y confortable.

¿Qué científicos destacarías en este sentido? ¿Y algún científico español?

La investigación en ciencia y tecnología de materiales que se lleva a cabo en España es importante y de notable calidad. Es inevitable a la hora de poner nombres propios a la ciencia y tecnología de materiales que se hace en España actualmente tener que recurrir a la clasificación tradicional de los materiales. Así, nos encontramos en el campo de los superconductores a Xavier Obradors Berenguer (Premio Blas Cabrera de Ciencias Físicas, de los Materiales y de la Tierra 2003 y Profesor de Investigación en el Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona - CSIC), en el de los materiales magnéticos a Antonio Hernando Grande (Académico de la Real Academia de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales y Director del Instituto de Magnetismo Aplicado “Salvador Velayos”), en el campo de los catalizadores a Avelino Corma Canós (Director del Instituto de tecnología Química -CSIC-UPV- y Científico español más citado en el área de química en los 10 últimos años), o  en el campo de las propiedades mecánicas de los materiales a Manuel Elices Calafat (Catedrático de Ciencia de Materiales en la UPM, Director y promotor de la Ingeniería de Materiales en la UPM y Premio Dupont en Ciencia de Materiales), por citar a alguno y olvidándome de muchos.

Pero también podemos encontrar ya destacados científicos españoles en los tres campos indicados como los que más cambios conllevarán en nuestra vida cotidiana: M. Arturo López Quintela (Premio Solvay 1998 para la investigación en Ciencias Químicas y  en nanomateriales, Issa Katime Amashta (Director del Grupo de Nuevos Materiales de la UPV-EHU) o Joseph Antón Planell (Centro de Investigación en Ingeniería Biomédica de la UPC) en materiales inteligentes, o Julián Martínez Fernández (Director del grupo de materiales biomiméticos y multifuncionales de la Universidad de Sevilla) en materiales biomiméticos.

Un guiño para terminar: Seremos (o serán) los jóvenes investigadores los que, gracias a los aprendido con y de nuestros maestros (ver los arriba citados y añadir a la lista muchos más) y conociendo la investigación de la física de materiales que se hace hoy, la convertiremos en tecnología en el futuro.

Enlaces:

• Programa Nacional de Materiales
  http://www.google.es/search?hl=es&q=Programa+Nacional+de+Materiales&meta=

• COTEC
  http://www.cotec.es/publica/documentos.html
• Nuevos materiales
  http://www.cotec.es/publica/documentos.html
• Emilio Castro Otero
  http://www.divulcat.com/divulgacion/la_solucion_a_la_precariedad_de_los_jovenes_investigadores_pasa_por_la_contratacion_499.html