Ingenier¨ªa inspirada en el chocolate

Pedro Reis es un investigador y profesor de ingenier¨ªa en el Instituto Tecnol¨®gico de Massachusetts (MIT, por sus siglas en ingles). Entre otras cosas, su trabajo consiste en explicar las propiedades mec¨¢nicas de las estructuras esf¨¦ricas, como pueden ser c¨²pulas, cascaras de huevo o el morro de un avi¨®n. Para ello necesitaba desarrollar un m¨¦todo r¨¢pido y econ¨®mico para producir prototipos en el laboratorio con los que hacer experimentos. Tras realizar algunas pruebas vertiendo un material parecido al caucho sobre moldes esf¨¦ricos, se dio cuenta que no hab¨ªa manera de predecir el grosor de la esfera con antelaci¨®n, tan s¨®lo confiar en el m¨¦todo de ensayo y error.

Mientras daba vueltas a este problema, recibi¨® una visita algo at¨ªpica en el MIT. Se trataba de tres cocineros del restaurante vasco Mugaritz que andaban buscando nuevas t¨¦cnicas para aplicar a sus recetas. Los cocineros consiguieron su objetivo, pero tambi¨¦n dejaron alguna idea a su paso. ¡°Me mostraron una receta de huevos rotos en la que recreaban una c¨¢scara de huevo utilizando un molde y manitol, un az¨²car con una textura parecida al pol¨ªmero de silicona que us¨¢bamos nosotros: el problema era id¨¦ntico al nuestro¡±, explica Reis. Gracias a esto comprendi¨® que se trataba de un problema bastante com¨²n, por lo que ¨¦l y su equipo decidieron buscar casos similares. Fue un colaborador, Fran?ois Gallaire de la Escuela Polit¨¦cnica Federal de Lausana en Suiza, quien encontr¨® la clave en la elaboraci¨®n de bombones.

Para poder fabricar algo tan cotidiano como un huevo de chocolate o un bomb¨®n relleno de licor, es necesario poder hacer una cubierta r¨ªgida y hueca. Para ello, los chocolateros vierten su materia prima fundida sobre un molde esf¨¦rico, dejando escurrir el l¨ªquido sobrante. Gracias a esta t¨¦cnica, perfeccionada durante siglos a base de ensayo y error, estos artesanos son capaces de producir c¨¢psulas de chocolate del grosor deseado, simplemente siguiendo la receta. Si ellos pueden hacerlo, un grupo de ingenieros del MIT deber¨ªa ser capaz de determinar las variables f¨ªsicas que rigen el proceso.

Viendo videos de chocolateros haciendo bombones, el equipo se pregunt¨® si habr¨ªa alguna forma de predecir el resultado a partir de la viscosidad del fluido y el tama?o del molde. Con este fin, realizaron una serie de experimentos vertiendo varios tipos de pol¨ªmeros l¨ªquidos ¨C una especie de silicona que se endurece r¨¢pidamente- de viscosidad conocida sobre una serie de moldes esf¨¦ricos de distintos tama?os. Una vez solidificados, midieron el grosor de las c¨¢psulas obtenidas.

Me mostraron una receta de huevos rotos en la que recreaban una c¨¢scara de huevo utilizando un molde y manitol, un az¨²car con una textura parecida al pol¨ªmero de silicona que us¨¢bamos nosotros: el problema era id¨¦ntico al nuestro

A partir de estos datos, desarrollaron una ecuaci¨®n que permite predecir con exactitud el grosor de la c¨¢psula resultante sin tener que recurrir al m¨¦todo de ensayo y error. La f¨®rmula matem¨¢tica se basa en las dimensiones del molde y la velocidad a la que el l¨ªquido se desplaza sobre ¨¦l. Cuando m¨¢s grande es el molde, m¨¢s tiempo tarda el fluido en cubrirlo y el resultado es una cubierta m¨¢s gruesa. Lo mismo sucede si aumenta la viscosidad del pol¨ªmero. Para la sorpresa inicial de los investigadores, ni la altura desde la que se vierte el l¨ªquido ni el volumen total empleado influyen en el grosor final de la burbuja.

Como resultado Reis y su equipo han desarrollado una f¨®rmula matem¨¢tica y un m¨¦todo de fabricaci¨®n que les permite dise?ar y producir esferas el¨¢sticas de tama?o y grosor deseado. ¡°En este caso tenemos lo que yo llamo el ¡®tri¨¢ngulo dorado¡¯, es decir, somos capaces de describir el proceso num¨¦ricamente, lo hemos modelado en el ordenador y por ¨²ltimo somos capaces de ir al laboratorio y crear prototipos que cumplen nuestras predicciones¡± cuenta Reis. Estos resultados han sido publicados recientemente en la revista Nature Communications.

Este trabajo abre la puerta a numerosas aplicaciones pr¨¢cticas. Ya no ser¨¢ necesario probar con cientos de moldes y viscosidades diferentes para obtener el resultado deseado. De momento el equipo de Reis se limita a emplearlo para probar las propiedades mec¨¢nicas de estructuras esf¨¦ricas en su laboratorio, pero anticipa que podr¨ªa aplicarse en la industria farmac¨¦utica o la fabricaci¨®n de ves¨ªculas artificiales y embalajes m¨¢s eficientes. Seg¨²n Reis ¡°te¨®ricamente podr¨ªa emplearse para crear c¨²pulas de cemento, aunque a¨²n no hemos realizado ning¨²n trabajo en ese sentido¡±.

¡°Podemos decir que esta es una t¨¦cnica de?fabricaci¨®n r¨¢pida. Hoy en d¨ªa ese t¨¦rmino suele asociarse a la impresi¨®n en 3D u otros m¨¦todos que requieren equipos muy caros, pero tambi¨¦n puede ser algo tan simple como verter chocolate en un molde¡±, concluye Reis.