?Por qu¨¦ los cient¨ªficos est¨¢n fabricando madera transparente?

Hace 30 a?os, un bot¨¢nico alem¨¢n ten¨ªa un simple deseo: ver el funcionamiento interno de las plantas le?osas sin diseccionarlas. Siegfried Fink consigui¨® crear madera transparente blanqueando los pigmentos de las c¨¦lulas vegetales y public¨® su t¨¦cnica en una revista especializada en tecnolog¨ªa de la madera. El art¨ªculo de 1992 fue la ¨²ltima palabra sobre madera transparente durante m¨¢s de una d¨¦cada, hasta que un investigador llamado Lars Berglund se top¨® con ¨¦l.

Berglund se inspir¨® en el descubrimiento de Fink, pero no por motivos bot¨¢nicos. El cient¨ªfico de materiales, que trabaja en el Real Instituto de Tecnolog¨ªa KTH de Suecia, se ha especializado en compuestos polim¨¦ricos y estaba interesado en crear una alternativa m¨¢s robusta al pl¨¢stico transparente. Y no era el ¨²nico interesado en las virtudes de la madera. Al otro lado del oc¨¦ano, los investigadores de la Universidad de Maryland estaban ocupados en un objetivo relacionado: aprovechar la fuerza de la madera para fines no tradicionales.

Ahora, tras a?os de experimentos, las investigaciones de estos grupos empiezan a dar sus frutos. La madera transparente podr¨ªa utilizarse pronto en pantallas superresistentes para tel¨¦fonos inteligentes, en l¨¢mparas de luz suave e incluso en elementos estructurales, como ventanas que cambian de color.

¡°Creo sinceramente que este material tiene un futuro prometedor¡±, afirma Qiliang Fu, nanotecn¨®logo de la madera de la Universidad Forestal de Nanjing, en China, que trabaj¨® en el laboratorio de Berglund como estudiante de posgrado.

La madera est¨¢ formada por innumerables peque?os canales verticales, como un apretado conjunto o haz de pajitas unidas con pegamento. Estas c¨¦lulas en forma de tubo transportan agua y nutrientes por todo el ¨¢rbol y, cuando este se tala y la humedad se evapora, quedan bolsas de aire. Para crear madera transparente, los cient¨ªficos primero tienen que modificar o eliminar el pegamento, llamado lignina, que mantiene unidos los haces de c¨¦lulas y proporciona a los troncos y ramas la mayor parte de sus tonos marrones terrosos. Tras blanquear el color de la lignina o eliminarla, queda un esqueleto blanco lechoso de c¨¦lulas huecas.

Este esqueleto sigue siendo opaco porque las paredes celulares desv¨ªan la luz de forma distinta a como lo hace el aire de las cavidades celulares, un valor denominado ¨ªndice de refracci¨®n. Rellenando las bolsas de aire con una sustancia como la resina epoxi, que desv¨ªa la luz en un grado similar al de las paredes celulares, la madera se vuelve transparente.

El material con el que trabajaron los cient¨ªficos es delgado: suele tener entre un mil¨ªmetro y un cent¨ªmetro de grosor. Pero las c¨¦lulas crean una robusta estructura de panal, y las diminutas fibras de madera son m¨¢s resistentes que las mejores fibras de carbono, afirma el cient¨ªfico de materiales Liangbing Hu, que dirige el grupo de investigaci¨®n sobre madera transparente de la Universidad de Maryland en College Park. Y con la resina a?adida, la madera transparente supera al pl¨¢stico y al vidrio: en las pruebas que miden la facilidad con que los materiales se fracturan o rompen bajo presi¨®n, la madera transparente result¨® ser unas tres veces m¨¢s resistente que los pl¨¢sticos transparentes como el plexigl¨¢s y unas 10 veces m¨¢s que el vidrio.

¡°Los resultados son asombrosos, que un trozo de madera pueda ser tan resistente como el vidrio¡±, afirma Hu, que destac¨® las caracter¨ªsticas de la madera transparente en el Annual Review of Materials Research de 2023.

El proceso tambi¨¦n funciona con madera m¨¢s gruesa, pero la visi¨®n a trav¨¦s de esa sustancia es m¨¢s borrosa porque dispersa m¨¢s la luz. En sus estudios originales de 2016, Hu y Berglund descubrieron que las l¨¢minas milim¨¦tricas de los esqueletos de madera rellenos de resina dejan pasar entre el 80 % y el 90 % de la luz. A medida que el grosor se acerca a un cent¨ªmetro, el paso de la luz disminuye: el grupo de Berglund report¨® que la madera de 3,7 mil¨ªmetros de grosor ¡ªaproximadamente el grosor de dos monedas de cinco c¨¦ntimos de euro¡ª dejaba pasar solo el 40 % de la luz.

El perfil delgado y la resistencia del material hacen que pueda ser una gran alternativa a los productos fabricados con cortes finos y f¨¢ciles de romper de pl¨¢stico o vidrio, como las pantallas de visualizaci¨®n. La empresa francesa Woodoo, por ejemplo, utiliza un proceso similar de eliminaci¨®n de la lignina en sus pantallas de madera, pero deja un poco de lignina para crear una est¨¦tica de color diferente. La empresa est¨¢ adaptando sus pantallas digitales reciclables y sensibles al tacto a productos como tableros de autom¨®viles y vallas publicitarias.

Pero la mayor parte de la investigaci¨®n se ha centrado en la madera transparente como elemento arquitect¨®nico, siendo las ventanas un uso especialmente prometedor, afirma Prodyut Dhar, ingeniero bioqu¨ªmico del Instituto Indio de Tecnolog¨ªa de Benar¨¦s. La madera transparente es mucho mejor aislante que el vidrio, por lo que podr¨ªa ayudar a los edificios a retener el calor o a mantenerlo fuera. Hu y sus colegas tambi¨¦n han utilizado alcohol polivin¨ªlico, o PVA ¡ªun pol¨ªmero utilizado en pegamentos y envases de alimentos¡ª para infiltrar los esqueletos de madera, haciendo madera transparente que conduce el calor a una velocidad cinco veces menor que la del vidrio, inform¨® el equipo en 2019 en Advanced Functional Materials.

Y los investigadores est¨¢n ideando otros ajustes para aumentar la capacidad de la madera de retener o liberar calor, lo que ser¨ªa ¨²til para edificios energ¨¦ticamente eficientes. C¨¦line Montanari, cient¨ªfica de materiales de los Institutos de Investigaci¨®n RISE de Suecia, y sus colegas experimentaron con materiales de cambio de fase, que pasan de almacenar a liberar calor cuando cambian de estado s¨®lido a l¨ªquido, o viceversa. Al incorporar polietilenglicol, por ejemplo, los cient¨ªficos descubrieron que su madera pod¨ªa almacenar calor cuando estaba caliente y liberar calor a medida que se enfriaba, trabajo que publicaron en ACS Applied Materials and Interfaces en 2019.

Por ende, las ventanas de madera transparente ser¨ªan m¨¢s resistentes y ayudar¨ªan a controlar la temperatura mejor que el cristal tradicional, pero la visi¨®n a trav¨¦s de ellas ser¨ªa brumosa, m¨¢s parecida a un cristal esmerilado que a una ventana normal. Sin embargo, la nebulosidad podr¨ªa ser una ventaja si los usuarios desean una luz difusa: como la madera es m¨¢s gruesa y resistente, podr¨ªa ser una fuente de luz que a su vez sostiene parte del peso de una edificaci¨®n, como un techo que proporcionara una luz suave a una habitaci¨®n, dice Berglund.

Hu y Berglund han seguido jugando con formas de conferir nuevas propiedades a la madera transparente. Hace unos cinco a?os, Berglund y sus colegas del KTH y el Instituto Tecnol¨®gico de Georgia descubrieron que pod¨ªan imitar las ventanas inteligentes, que pueden cambiar de transparentes a tintadas para bloquear la visibilidad o los rayos del Sol. Los investigadores intercalaron un pol¨ªmero electrocr¨®mico ¡ªuna sustancia que puede cambiar de color con la electricidad¡ªentre capas de madera transparente recubiertas de un pol¨ªmero electrodo para conducir la electricidad. As¨ª se cre¨® un panel de madera que cambia de transparente a magenta cuando los usuarios hacen pasar por ¨¦l una peque?a corriente el¨¦ctrica.

M¨¢s recientemente, los dos grupos han centrado su atenci¨®n en mejorar la sostenibilidad de la producci¨®n de madera transparente. Por ejemplo, la resina utilizada para rellenar los andamios de madera suele ser un producto pl¨¢stico derivado del petr¨®leo, por lo que es mejor evitar su uso, afirma Montanari. Como sustituto, ella y sus colegas inventaron un pol¨ªmero totalmente biol¨®gico, derivado de las c¨¢scaras de c¨ªtricos. El equipo combin¨® primero ¨¢cido acr¨ªlico y limoneno, una sustancia qu¨ªmica extra¨ªda de las c¨¢scaras de lim¨®n y naranja que se encuentra en los aceites esenciales. Luego impregnaron con ¨¦l madera delignificada. Incluso con el relleno afrutado, la madera transparente de base biol¨®gica mantuvo sus propiedades mec¨¢nicas y ¨®pticas, soportando unos 30 megapascales de presi¨®n m¨¢s que la madera normal y transmitiendo alrededor del 90 % de la luz, seg¨²n informaron los investigadores en 2021 en Advanced Science.

El laboratorio de Hu, por su parte, acaba de publicar en Science Advances un m¨¦todo m¨¢s ecol¨®gico de blanqueo de la lignina basado en el per¨®xido de hidr¨®geno y la radiaci¨®n UV, que reduce a¨²n m¨¢s la demanda energ¨¦tica de la producci¨®n. El equipo cepill¨® con per¨®xido de hidr¨®geno rodajas de madera de entre 0,5 y 3,5 mil¨ªmetros de grosor y luego las dej¨® frente a l¨¢mparas UV para imitar los rayos del Sol. Los rayos UV blanquearon las partes de la lignina que contienen pigmentos, pero dejaron intactas las partes estructurales, lo que ayud¨® a conservar m¨¢s resistencia en la madera.

Estos planteamientos m¨¢s respetuosos con el medio ambiente ayudan a limitar la cantidad de productos qu¨ªmicos t¨®xicos y pol¨ªmeros f¨®siles utilizados en la producci¨®n, pero por ahora el vidrio sigue teniendo un menor impacto ambiental al final de su vida ¨²til que la madera transparente, seg¨²n un an¨¢lisis de Dhar y sus colegas en Science of the Total Environment. Adoptar sistemas de producci¨®n m¨¢s ecol¨®gicos y ampliar la fabricaci¨®n son dos pasos necesarios para introducir la madera transparente en los principales mercados, dicen los investigadores, pero llevar¨¢ tiempo. No obstante, conf¨ªan en que sea posible y creen en su potencial como material sostenible.

¡°Cuando intentas lograr la sostenibilidad, no solo quieres igualar las propiedades de los materiales de origen f¨®sil¡±, dice Montanari. ¡°Como cient¨ªfica, quiero superarlo¡±.

Art¨ªculo traducido por Debbie Ponchner.

Este art¨ªculo apareci¨® originalmente en Knowable en espa?ol, una publicaci¨®n sin ¨¢nimo de lucro dedicada a poner el conocimiento cient¨ªfico al alcance de todos.

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