Escrito por; Elizabeth Miller
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Foto: Hazel Plater / ShutterstockNÁ
El planeta Tierra es asombrosamente diverso, con un estimado de 8,7 millones de especies de plantas, animales y hongos. 1 El proceso de evolución ha generado organismos unicelulares y megafauna que pueden pesar cientos de toneladas y, a través de la evolución, cada una de estas especies se adapta con precisión a su entorno. Ninguna especie está equipada para manejar todo lo que el planeta puede arrojarle, pero a través de generaciones de selección natural, estos mismos organismos han desarrollado algunos métodos inteligentes de autoprotección.
Los humanos han estado imitando estas adaptaciones durante miles de años, y las industrias textil y de telas no son diferentes. Como dijo el antiguo filósofo romano Séneca el Joven, todo arte es una imitación de la naturaleza. Incluso los textiles de fieltro más básicos se inspiran en la piel de los animales de los que están hechos. Cuando se trata de biomimética en textiles, hay todo un planeta por explorar. Por ejemplo, el velcro y otros cierres de velcro se inspiraron en las rebabas que se pegaron a los pantalones de George de Mestral durante una caminata. Sin embargo, estas innovaciones no se detuvieron en la década de 1940. Estas son algunas de las innovaciones más recientes en textiles de protección que están inspiradas en la naturaleza.
Resistencia a la tracción: inspirada en las arañas
La seda de araña es una de las fibras naturales más fuertes del mundo, por lo que no debería sorprender que los humanos se hayan inspirado en ella para crear textiles con una increíble resistencia a la tracción. Es muy posible que las primeras redes de pesca se inspirarán en la forma de las telas de araña. Ahora que la humanidad puede estudiarla a nivel molecular, los científicos saben exactamente qué le da a la seda de araña su fuerza y pueden inspirarse en eso. Las proteínas que componen la seda de araña se llaman espidroínas, y los científicos de materiales han diseñado numerosas versiones artificiales de ellas. Una de estas fibras artificiales, inspirada en la seda de la araña de corteza de Darwin, está formada por una sustancia gelatinosa (como la seda de araña real) y ofrece una resistencia a la tracción de 630 MPa y una dureza de 130 MJ/m. 2 Esta fibra polimérica artificial tendrá una gran variedad de aplicaciones tanto en la industria pesada como en la medicina.
Estos materiales no solo son reconocidos por su resistencia y dureza. La seda de araña real y artificial también muestra una serie de otras propiedades, como la super contracción y la alta conductividad térmica, que la hacen ideal para crear textiles protectores. Esto permite que estos textiles inspirados en la naturaleza se utilicen en reemplazos de músculos y ligamentos, disipadores de calor, paracaídas e incluso chalecos antibalas.
Durabilidad y protección contra cortes: inspirado en peces, cocodrilos, caimanes,geckos y hongos Muchas especies de peces tienen escamas duras que los protegen de los elementos y de los parásitos.
Estos son, sin duda, hermosos, y muchos diseñadores se han inspirado estéticamente en las escamas de pescado. Pero un equipo de científicos de materiales en Canadá se ha inspirado de una manera muy diferente. En la Universidad McGill en Montreal, un grupo de investigación dirigido por Francois Barthelat estudió más de una docena de especies de peces antes de decidirse por el pejerrey, un pez de agua dulce nativo de América del Norte. El equipo de Barthelat descubrió que las escamas de cocodrilo se super ponían perfectamente para sus propósitos. Además,las escamas de pescado son el material de colágeno más resistente conocido por la humanidad. Durante varios años, el equipo desarrolló un tejido protector que utiliza un revestimiento cerámico microscópico para crear guantes blindados impresos en 3D que pueden resistir cortes y perforaciones.
Los peces no son los únicos animales que tienen armadura natural. Los caimanes y los cocodrilos tienen una piel fenomenalmente dura que les permite defenderse de sus presas, así como de otros depredadores. No sorprende que el cuero de cocodrilo y caimán sea apreciado en muchas prendas de vestir de lujo, incluidos zapatos y cinturones. En 2023, un equipo de investigación en China anunció que había desarrollado un nuevo textil inspirado en la fuerza de la piel de cocodrilo. Esta estructura unificada suave-rígida mezcla un sustrato textil suave con bloques rígidos y resina epoxi, lo que da como resultado un tejido que resiste la abrasión, los cortes y las perforaciones.
Mientras tanto, un estudio de 2021 publicado en Autex Research Journal adopta un enfoque diferente de la biomimética en textiles resistentes a los cortes. La mayoría de las telas resistentes a los cortes en el mercado están imbuidas con hilos de p-aramida o están hiladas con núcleo alrededor de acero inoxidable. Esto lleva al problema de la fuerza de agarre, lo que significa que deben recubrirse con caucho o un material antideslizante similar. En cambio, este estudio probó una pasta polimérica en cuatro tipos diferentes de material, examinó diferentes tipos de recubrimiento con cada material y descubrió que los puntos de agarre biomiméticos inspirados libremente en los dedos de los pies de gecko tenían la mejor combinación de comodidad y fuerza de agarre.
Aumentar la durabilidad de los tejidos es clave para circularizar la economía textil. La reducción de residuos es uno de los objetivos más importantes aquí. La fuerza natural del tejido que forma los sistemas de raíces de los champiñones (también llamado micelio) ha hecho de los hongos un excelente lugar para buscar, y muchos diseñadores, incluida Stella McCartney, han recurrido al cuero de champiñón como una alternativa vegana y sostenible al cuero real y artificial. Aún mejor,el micelio se puede recubrir con quitina (inspirado en los caparazones de los cangrejos)para agregar una mayor durabilidad. Una idea que la gente ha explorado en este sentido es usar cuero de hongos para hacer zapatos para niños. Los niños necesitan calzado duradero y el micelio permite que estos zapatos sean fuertes, gruesos y completamente biodegradables.
Impermeabilización y protección contra la intemperie: inspirado en árboles, flores de loto, patos y piñas
El agua puede ser una de las claves para la vida, pero el agua que llega a lugares a los que no debería ir puede ser desastroso. Los seres humanos han estado creando telas impermeables durante miles de años, con los indígenas sudamericanos aplicando látex de caucho natural a sus prendas.Sin embargo, el caucho se endurece con el frío y se vuelve pegajoso con el calor intenso, y no es muy transpirable: está lejos de ser ideal para muchas prendas. En los últimos años, los científicos han seguido inspirándose en la naturaleza para crear nuevos tipos de textiles que repelen el agua o permiten que se evapore en segundos.
La nanotecnología abre una serie de nuevas vías cuando se trata de crear textiles protectores contra el agua. Por ejemplo, la gente ha notado durante mucho tiempo la repelencia al agua de la palmera carnauba (nativa de Brasil). Las hojas de carnauba producen una sustancia cerosa natural que se ha utilizado en una gran variedad de productos. En 2020, un equipo de investigación publicó hallazgos en The Journal of the Textile Institute que detallan su uso de quitosano paracrearunnanorrevestimiento repelente al agua inspirado en las palmas de carnauba. Este recubrimiento funciona en nailon, algodón y mezclas de nailon y algodón, y permanece hidrofóbico durante más de treinta segundos después de haber estado expuesto al agua. Además, persiste después del lavado y es totalmente permeable al aire. Aún mejor, el quitosano significaba que las telas tratadas tenían la ventaja de ser antibacterianas contra E. coli y S. aureus.
Las plantas acuáticas necesitan ser capaces de manejar la vida bajo el agua y, como resultado,muchas de ellas son hidrofóbicas. El loto es uno de ellos: sus hojas tienen una textura microscópicamente rugosa, atrapando pequeñas burbujas de aire y haciéndolas superhidrofóbicas y permitiendo que la flor flote en la superficie. Es por eso que los científicos textiles se han inspirado en la hoja de loto durante al menos una década, formando nanopartículas microscópicas de plata en la tela de algodón. El tejido resultante no solo es hidrofóbico, sino que también resiste el daño de la luz ultravioleta e inhibe el crecimiento de bacterias gracias a su alto contenido de plata.
Hay otro emocionante avance reciente en el campo de los textiles resistentes al agua, que muestra una gran promesa no solo para la impermeabilización, sino también para separar el aceite y el agua.Inspirado en el recubrimiento hidrófobo de las plumas de los patos, este recubrimiento utiliza nitruro de nano titanio (TiN), polidimetilsiloxano terminado en hidroxilo (HPDMS) y ortosilicato de tetraetilo (TEOS) en un proceso de un solo recipiente. El nano recubrimiento resiste la abrasión y la exposición a la luz restaura su superhidrofobicidad. Este tejido a base de algodón tiene una eficacia del 98 % para separar el petróleo del agua, y conserva esta capacidad con múltiples usos, por lo quees muy prometedor para su uso en la limpieza de derrames de petróleo y el filtrado de petróleo en las refinerías. 3
Mientras tanto, muchas especies de pinos crean piñas que abren y cierran dinámicamente sus semillas en función de la temperatura y la humedad ambiental. Los conos de los pinos torcidos,por ejemplo, solo liberan sus semillas después de haber sido expuestos al fuego, asegurando que los nuevos árboles tengan mucho espacio para crecer. En 2020, un grupo de científicos del Reino Unido desarrolló textiles inspirados en los ajustes naturales de temperatura de las piñas. Uno de sus prototipos aumenta su permeabilidad al flujo de aire en condiciones húmedas y la reduce hasta en un 30 por ciento en condiciones secas, al contrario de lo que hacen muchos textiles inteligentes.4 Su otro prototipo es una fibra que reduce su longitud en un 40 por ciento en condiciones húmedas, utilizando un movimiento higronástico para adaptarse a los cambios de humedad.
Protección solar y ultravioleta: inspirada en las plantas de pleno sol
El sol puede ser lo que hace que la vida en la Tierra funcione, pero durante siglos, las personas han necesitado protegerse de su radiación ultravioleta. Muchos animales tienen pelaje, escamas o plumas que sirven para este propósito, pero los humanos no. Las quemaduras solares pueden ser increíblemente dolorosas y aumentar drásticamente el riesgo de una persona de desarrollar cáncer de piel, por lo que las innovaciones en los textiles de protección UV han sido durante mucho tiempo una prioridad en la industria. Tradicionalmente, estas telas se tejen apretadamente para evitar la infiltración de rayos ultravioleta o se recubren con productos químicos que absorben o reflejan la radiación. Sin embargo, estos productos químicos tienden a desaparecer o descomponerse después de dos o tres años de uso, y el tejido especial que ayuda a que la ropa bloquee la luz ultravioleta hace que la tela sea gruesa y no transpirable. Esto está lejos de ser ideal para las personas que pasan mucho tiempo bajo el sol.
Mientras tanto, todo el reino vegetal requiere esta misma radiación ultravioleta para sobrevivir. Algunas plantas, como el té y el café, generalmente requieren al menos doce horas de luz solar por día a medida que crecen. Los químicos han examinado este fenómeno y han encontrado que muchos de los compuestos que ayudan a estas plantas a hacer un gran uso de la luz solar también ayudan a absorber la radiación ultravioleta, brindando una protección efectiva a las telas a las que se aplica y a la persona que las usa. Los fenoles de los extractos de té verde y negro proporcionan una de estas formas de protección. Del mismo modo, la hoja de betel, la flor de paja espinosa y el arbusto espinoso de camello producen grandes cantidades de enzimas absorbentes de rayos UV.Estos son más fáciles de encontrar en muchos lugares y son mucho más respetuosos con el medioambiente que un recubrimiento de dióxido de titanio.
Resistencia al calor, las llamas y el frío: inspirado en los osos polares y las hormigas plateadas del Sahara
Los bomberos se encuentran entre los usuarios más importantes de textiles de protección. Su equipo de protección debe ser extremadamente resistente a las llamas, pero ligero y fácil de poner.Por ello, siempre están a la búsqueda de nuevos materiales. Afortunadamente, la industria ha recorrido un largo camino desde el uso de fibras de asbesto para este propósito. Hay una serie de textiles protectores en el horizonte inspirados en plantas naturalmente resistentes al fuego como el pino ponderosa e incluso ciertos cultivares de algodón. Un equipo del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA) con sede en Nueva Orleans logró recientemente un gran avance en este sentido. El año pasado, pudieron cruzar dos líneas de algodón genéticamente modificado,lo que proporcionó una protección contra incendios superior a cualquiera de los cultivar es originales.Esto también les permite evitar el uso de productos químicos agresivos. Este desarrollo mejorará el equipo de protección para los bomberos y también puede crear ropa de dormir suave y completamente orgánica para niños en países que requieren que dicha ropa sea ignífuga. Esto también niega la necesidad de infundir tales telas con formaldehído. Uno de los animales resistentes al calor más sorprendentes del planeta es la hormiga plateada del Sahara, que vive en el norte de África y está habitualmente activa a temperaturas superiores a los 47o C ( una temperatura que mata a la mayoría de los otros insectos en segundos). Las hormigas logran esto a través del enfriamiento radiativo pasivo gracias a los pelos triangulares plateados que crecen en sus cuerpos. Los cabellos disipan el calor de la radiación solar y reflejan la radiación infrarroja cercana, en gran parte debido a los minúsculos espacios de aire creados por los cabellos(a menudo de unos pocos cientos de nanómetros de espesor). Se han realizado varios estudios sobre el recubrimiento de textiles con compuesto de barra de micro cristal de óxido de zinc para imitar este efecto. Estos recubrimientos tienen más del 95 por ciento de reflectividad, lo que puede reducir la temperatura de la superficie de un textil hasta en un 17,7 por ciento. 5 Además de su utilidad en textiles, este recubrimiento ahora se usa comúnmente en paneles solares, lo que permite que los paneles se hagan más grandes sin sobrecalentarse.
La Antártida y el alto Ártico pueden ser gélidos, pero están lejos de ser desolados. En ambos polos,las plantas y los animales han evolucionado para hacer frente a las bajas temperaturas y la oscuridad prolongada. Uno de los animales árticos más icónicos es el oso polar. Los osos polares tienen la piel negra y el pelaje hueco y translúcido que les permite mantenerse calientes incluso en temperaturas tan bajas como -45 oC. A principios de este año, un equipo de investigación de la Universidad de Massachusetts Amherst se inspiró en el oso más grande del mundo para crear un textil innovador que es mucho más eficiente térmicamente que el algodón y al mismo tiempo es un treinta por ciento más liviano. Está hecho de nailon recubierto con un material que llamanPEDOT.Siempre que el usuario tenga acceso a la luz (ya sea luz solar o iluminación artificial), puede mantener su clima personal a temperaturas más frías sin necesidad de usar energía en calefacción adicional. El productor de textiles inteligentes Soliyarn ya ha comenzado a crear telas con este nuevo material.
Una de las utilidades más comunes de los textiles en lo que respecta a la resistencia a la temperatura es el aislamiento. Dado que la mayor parte del mundo ha abandonado el concepto de utilizar fibras de amianto, el aislamiento de las casas modernas se fabrica generalmente con fibra de vidrio, lana mineral y celulosa. La piel de oso polar también ha sido una gran inspiración en este frente, ya que sus propiedades térmicas son efectivas contra el frío y el calor extremos. En 2021,un grupo desarrolló una nanofibra de polímero basada en piel de oso polar. Está diseñado para reflectividad selectiva, centrándose en la radiación infrarroja. Esto le permite proporcionar un enfriamiento radiativo pasivo mejorado en el verano y mantener el calor en el interior de manera más efectiva en el invierno. A medida que el cambio climático continúa empeorando,
Luminiscencia, color, camuflaje y mayor visibilidad: inspirado en luciérnagas,mariposas, escarabajos, pájaros y cefalópodos
Un aspecto comúnmente descuidado en el campo de los textiles protegidos son los tejidos que previenen lesiones graves causadas por humanos. Los trabajadores de la construcción y las aerolíneas suelen usar chaquetas reflectantes de alta visibilidad en el trabajo, y las personas que pasan mucho tiempo en las carreteras por la noche pueden beneficiarse enormemente de esta protección. también.
Las luciérnagas que dan luz a las noches de verano y los rapes que atraen a los pequeños animales a sus guaridas tienen algo en común. La bioluminiscencia ha fascinado a los humanos durante mucho tiempo y ha inspirado a algunos científicos textiles a crear telas con este principio en mente. En 2020, la Dra. Sweta Iyer de la Universidad de Boras publicó su tesis doctoral sobre el concepto de luso de bioluminiscencia en textiles. Esto sería mucho más eficiente en cuanto a recursos que muchos textiles actuales de alta visibilidad, y es posible que no requiera una fuente de energía para muchos usos. Y gracias a este ingenioso diseño, la luz tampoco genera calor.
Muchos animales que parecen de colores brillantes tienen poco o ningún pigmento. Las mariposas morfo azules, los escarabajos tigre y los arrendajos azules son buenos ejemplos de este principio.Aunque cada especie parece de colores brillantes para el ojo humano, una vista microscópica revela que el color proviene de las escamas microscópicas de sus alas o plumas. Estas escamas son lo suficientemente finas como para reflejar solo ciertas longitudes de onda de luz, lo que les da una apariencia iridiscente. Una empresa llamada Amphico ha aprovechado este mismo principio para fabricar textiles que son muy visibles y de colores brillantes utilizando hasta un 80 por ciento menos de agua y muchos menos colorantes que otros métodos. 6 Estos materiales son incluso biodegradables, lo que reduce aún más su huella ambiental.
El camuflaje es un elemento increíblemente común en plantas y animales por igual, y el concepto ha sido durante mucho tiempo un elemento crítico de los textiles militares y de caza. Durante siglos, las personas han estado integrando los colores y las texturas de su entorno en los textiles,pero las innovaciones en nanotecnología han permitido a los científicos de materiales inspirarse en la naturaleza a nivel microscópico. Los cefalópodos de cuerpo blando, como la sepia y el calamar,son famosos por su capacidad de cambiar de color en una fracción de segundo. Un grupo de científicos de la Universidad de Harvard utilizó este concepto para crear una máquina suave basada en textiles que utiliza redes de microfluidos para cambiar activamente su color. Esto permite que la máquina se adapte con precisión a su entorno, no solo para la luz visible sino también para la radiación infrarroja. La tecnología aún no se ha adaptado para las prendas,
Textiles artificiales: inspiración natural
Ya sea que estos materiales se inspiran en los materiales, la construcción o la química, la industria textil tiene una gran deuda con el mundo natural. Como ocurre con muchos temas, la biología es un concepto fractal: cuanto más profundiza una persona en él, más descubre su inmensidad y complejidad. Hay un dicho que dice que “todo lo viejo es nuevo otra vez”, y las especies de plantas ,animales y hongos que nacieron millones de años antes que los humanos son quizás el mejor ejemplo de este principio.
El planeta Tierra alberga millones y millones de maravillas, y la humanidad puede aprender de cada una de ellas. Muchas de las cosas que la gente llama innovadoras ya existen desde hace milenios; es sólo el conocimiento de la humanidad de los conceptos que es nuevo. Así como el moho que forma la penicilina existía mucho antes de que el doctor Alexander Fleming descubriera su utilidad, la seda de araña, la piel de oso polar y las alas de mariposa han existido por lo menos tanto tiempo como la humanidad. Cuanto más profundamente se conecte la humanidad con el mundo natural, mayor será nuestra capacidad para aprovechar estos principios. Imagine lo que los científicos de materiales podrán hacer con cincuenta o cien años más de avances tecnológicos.Al final, la mejor manera de que la humanidad avance es conectarse con sus raíces naturales. Referencias:
1. https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.1001127
2. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smm2.1189
3. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsanm.3c01763
4. https://www.mdpi.com/2313-7673/5/4/52
5. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S245221392100190X
6. https://asknature.org/innovation/colorful-waterproof-textiles-inspired-by-arthropods/