Nuevos cables 'sólidos y líquidos' al mismo tiempo, bioinspirados en las telarañas

¿Por qué las telas de araña no se comban con el viento ni catapultan a los insectos que atrapan, como si fueran un trampolín? La respuesta, según una nueva investigación realizada por un equipo internacional de científicos, se encuentra en la física subyacente al material "híbrido" que las arañas producen para fabricar sus telas.

Si tiramos de uno de los pegajosos hilos de una telaraña y lo soltamos bruscamente, nos daremos cuenta de que no se curva sino que se mantiene siempre tenso, incluso aunque lo estiremos muchas veces su longitud original. Esto es debido a que estos hilos están recubiertos por pequeñas gotas de pegamento acuoso que protegen las fibras de su núcleo.

El fenómeno ha sido descrito en la revista PNAS por científicos de la Universidad de Oxford, en el Reino Unido, y de la Universidad Pierre et Marie Curie de París, Francia.

Estos investigadores estudiaron los detalles de esta técnica natural en las telas de araña, a la que han denominado 'de alambre líquido' , y no solo eso: además han utilizado dicha técnica para crear en laboratorio fibras compuestas que, al igual que los hilos de la tela de araña, pueden comprimirse como un líquido y extenderse como un sólido. Estos conocimientos podrían impulsar una nueva tecnología bioinspirada.

El profesor Fritz Vollrath, del Oxford Silk Group del Departamento de Zoología de la Universidad de Oxford, explica en un comunicado de dicha Universidad como funciona la técnica observada:

"Los miles de pequeñas gotas de pegamento que cubren las telas espirales de araña hacen mucho más que volver la telaraña pegajosa para atrapar insectos al vuelo. Sorprendentemente, cada una de estas gotas alberga suficiente fuerza en su superficie acuosa como para enrollar trozos de hilo".

Este comportamiento es lo que permite que los hilos se estiren y vuelvan a su ser, permaneciendo "ajustados" o contenidos dentro de las gotas en todo momento, "como podemos observar y comprobar en las telarañas de nuestros jardines", añade Vollrath.

Contracción y extensión

Las nuevas propiedades observadas y analizadas por los científicos se basan en un equilibrio sutil entre la elasticidad de la fibra y la tensión superficial de las gotas.

El equipo ha sido capaz de recrear este equilibrio en  laboratorio, usando gotitas de aceite y un filamento de plástico. El sistema artificial se comportó igual que la seda de araña natural: fragmentos de dicho fliamento plástico se enrollaron y desenrollaron en el interior de las gotitas de aceite, a medida que el filamento entero se contraía y se extendía. 

Uno de los autores del avance, Hervé Elettro, de la Universidad Pierre et Marie Curie, explica: "La seda de araña ha sido reconocida como material extraordinario durante cerca de 40 años, pero aún sigue asombrándonos. Mientras que, para la araña, la telaraña es simplemente una trampa de alta tecnología; desde el punto de vista del mundo de los materiales, la ingeniería y la medicina, sus propiedades ofrecen una enorme cantidad  de posibilidades".

'"Nuestros hilos híbridos bioinspirados podrían fabricarse con prácticamente cualquier componente. Estos nuevos conocimientos podrían impulsar una amplia gama de aplicaciones, tales como la microfabricación de estructuras complejas, de micromotores reversibles o de sistemas de auto-tensado estirables", concluye Elettro.

Telarañas para controlar la contaminación

El año pasado, Vollrath y sus colaboradores ya hicieron otro interesante descubrimiento sobre las telas de araña: su pegamento conduce la electricidad, lo que hace que sea “atraído” hacia las partículas o insectos que se mueven por el aire, cargados de electricidad estática.

Esta eficiencia de las telarañas para captar sustancias volátiles podría ser aprovechada para controlar la contaminación del aire de manera tan eficiente como los sensores industriales, pero más barata y natural, señalaron entonces los investigadores.

Emulando la fortaleza

Diversos grupos científicos también intentan emular la fortaleza de las telarañas. Por ejemplo, científicos del Massachusetts Institute of Technology (EE.UU.) desarrollaron en 2015 una fibra sintética similar a la de la seda de araña, modificando genéticamente bacterias para que produjeran las proteínas que las arañas usan cuando tejen sus redes.

Además, en nuestro país, investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) han conseguido producir una fibra de seda de araña muy resistente, extrayendo las glándulas sericígenas de arañas de la especie Nephila inaurata, originaria de regiones del sur de África y Madagascar. Al deformar estas glándulas en un medio ácido, pudieron obtener fibras con diámetros notablemente mayores a los naturales, y lograron optimizar las condiciones para maximizar la resistencia de las fibras.

Las fibras de este tipo podrían emplearse en la fabricación de chalecos antibalas o materiales de protección y elementos de seguridad vial (como vallas, parachoques, etc.), gracias a la capacidad de la seda de araña para absorber grandes cantidades de energía mecánica antes de su fractura.

Referencia bibliográfica:

Hervé Elettro, Sébastien Neukirch, Fritz Vollrath, and Arnaud Antkowiak. In-drop capillary spooling of spider capture thread inspires hybrid fibers with mixed solid–liquid mechanical properties. PNAS (2016). DOI: 10.1073/pnas.1602451113.