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Desarrollan un cemento resistente a fracturas que se basa en el erizo de mar

Aprendiendo de la sabia naturaleza un equipo de investigadores reprodujo la forma en que los erizos construyen sus espinas obteniendo resultados sorpendentes.

erizo de mar
Erizo de mar. Foto: Pixabay

Un equipo de científicos desarrolló un cemento resistente a las fracturas que se basa en la nanoestructura del erizo de mar, según un estudio publicado por la revista especializada Science Advances.

La investigación, realizada por expertos de la Universidad de Konstanz (Alemania), indica que las espinas de los erizos de mar están hechas principalmente de calcita, un material muy quebradizo y frágil.

En el caso del erizo de mar, sin embargo, las espinas son mucho más duraderas que la materia prima sola.

La razón de su fuerza es la forma en que la naturaleza optimiza los materiales utilizando una arquitectura de estilo "pared de ladrillo".

El equipo de investigación, dirigido por el profesor Helmut Cölfen, sintetizó con éxito el cemento a nivel nanométrico de acuerdo con este "principio de ladrillo y mortero".

En ese proceso, se identificaron macromoléculas que adoptan la función de mortero, fijando los bloques cristalinos entre sí en la escala nanométrica, con los bloques ensamblados de forma ordenada.

El objetivo, subrayan los científicos, es hacer que el cemento sea más duradero.

"Nuestro cemento, que es significativamente más resistente a las fracturas que cualquier otro que se haya desarrollado hasta ahora, nos proporciona posibilidades de construcción completamente nuevas", afirmó Cölfen.

Un pilar hecho de este cemento podría construirse con una altura de 8.000 metros (10 veces más alto que el edificio más elevado del mundo), antes de que el material en su base fuera destruido por su peso, según el estudio.

El acero normal, que tiene un valor de 250 megapascales, solo podía alcanzar los 3.000 metros de altura.

En la nanociencia, la arquitectura de estilo "pared de ladrillo" se puede comparar con el trabajo de un albañil: cada capa de ladrillo que se coloca se mantiene en su lugar por el mortero.

El principio rector es aplicar capas duras, luego materiales blandos, duros y blandos, y este es exactamente el principio que la naturaleza usa para hacer que las espinas de los erizos de mar sean tan resistentes.

Cuando se aplica fuerza a la calcita quebradiza, su bloque cristalino se agrieta, pero la energía se transfiere a una capa suave desordenada.

Dado que este material no tiene planos de hendidura para rasgar, evita grietas adicionales.

Una delgada sección de la espina del erizo de mar revela este principio estructural: los bloques cristalinos en una estructura ordenada están rodeados por un área amorfa más suave y, en el caso del erizo de mar, este material es carbonato de calcio.

Las conchas de mejillones o los huesos se construyen de la misma manera, precisan los investigadores.

"Nuestro objetivo es aprender de la naturaleza", agregó Helmut Cölfen, galardonado por sus estudios pioneros en el campo de la cristalización con el Premio de la Academia de 2013 de la Academia de Ciencias y Humanidades de Berlín-Brandenburgo, entre otros. 

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