El secreto para crear capas de invisibilidad, ese superpoder recurrente en la ciencia ficción, estaría en el jardín de muchas casas. La clave, que investigadores han estudiado durante décadas, son los brocosomas, una sustancia que segregan los saltamontes. Técnicamente, son partículas hidrofóbicas —que no se mezclan con el agua— y que además reducen los reflejos lumínicos.
La literatura y el cine han imaginado invenciones para ser no ser vistos. Desde la célebre novela de H. G. Wells, El hombre invisible, pasando por el avión de La Mujer Maravilla, hasta la capa con la que Harry Potter se inmiscuye con sigilo. Más allá de la ficción, la ciencia formal tiene algo para aportar. Recientemente, investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania (PSU), en Estados Unidos, divulgaron un nuevo y prometedor estudio enfocado en los brocosomas.
Al desentrañar los misterios que aún se ciernen sobre esas partículas, los científicos esperan avanzar hacia el diseño de materiales innovadores. Por lo demás, el camuflaje que propician las capas de invisibilidad no es el único propósito que persiguen. La generación sintética de la sustancia dará paso a sistemas más eficientes para recolectar energía solar. Además, permitirá crear mejores productos farmacéuticos para protegerse de los efectos nocivos del Sol. Algo más, que por cierto es excitante: también permitiría diseñar novedosos modos para cifrar información.
El sueño de la capa de invisibilidad, más cerca de concretarse
“Los brocosomas son exclusivos de los saltamontes y especies de insectos estrechamente relacionados dentro de la familia de los cicadélidos. Estas partículas no se producen ni se encuentran naturalmente en otros organismos o entornos vivos”, explica en diálogo con Hipertextual Tak Sing Wong, uno de los autores del estudio recientemente publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
El profesor de Ingeniería Mecánica y Biomédica comenta que sus investigaciones de la partícula que permitiría crear capas de invisibilidad comenzaron hace casi una década. Sin embargo, cabe señalar que esta sustancia ha generado interés científico desde hace muchos años. Según un comunicado de la PSU, los brocosomas se documentaron por primera vez en los 50’s.
Los mencionados insectos —en algunos países también conocidos como chicharras o salta hojas— expulsan esa sustancia blanquecina y la distribuyen en sus cuerpos, además de en los huevecillos. Hasta ahora, los expertos no consiguieron comprender el propósito de ese hábito. Pero las investigaciones en las que participa Wong comprobaron que las partículas funcionan como un filtro de luz sumamente efectivo. En cifras: reducen la reflexión lumínica en un 94%.
“Podremos diseñar mejores recubrimientos ópticos”, celebra el investigador
Con lenguaje de científico, Wong no hace referencia directa a una capa de invisibilidad. Pero sí subraya las excepcionales capacidades y usos de los brocosomas, que han replicado en forma sintética. “Estos descubrimientos nos permitirán diseñar mejores recubrimientos ópticos, para manipular la luz”, señala.
Cuéntanos cómo surgió la idea de estudiar a fondo la función de los brocosomas.
Comenzamos nuestra investigación en el año 2015, cautivados por su compleja geometría y sus dimensiones nanoscópicas. En 2017, publicamos nuestro primer trabajo sobre brocosomas sintéticos en Nature Communications. Entonces, emulamos con éxito aspectos de la geometría de los brocosomas para estudiar sus propiedades ópticas.
¿Cómo avanzaron las investigaciones y qué encontraron ahora? Es tentador pensar en la posibilidad de crear capas de invisibilidad.
En nuestro trabajo reciente, produjimos geometrías de brocosomas de alta fidelidad por primera vez. Lo hicimos utilizando una técnica avanzada de impresión 3D. Esta investigación nos permitió investigar con gran detalle cómo interactúa la luz con la intrincada estructura de los brocosomas.
¿Qué implica, en el marco de esta investigación, trabajar con ingeniería inversa?
El doctor Lin Wang, coautor del estudio, examinó la geometría de los brocosomas en diferentes especies de saltamontes y midió sistemáticamente los diámetros de sus partículas y poros. Además, investigó sus estructuras internas transversales. Con base en esta información, reconstruimos con precisión el modelo usando un dibujo asistido por computadora. Luego fabricamos estas estructuras a microescala, usando una impresora 3D avanzada.
¿Qué desafíos encontraron en el curso de esta investigación?
Replicar brocosomas sintéticos del mismo tamaño que los naturales sigue siendo un desafío técnico. Las impresoras 3D más avanzadas no tienen la resolución para imprimir ejemplares de 500 nanómetros de diámetro. Para resolver este reto, ampliamos los brocosomas sintéticos a 20.000 nanómetros de diámetro y utilizamos longitudes de onda de luz más largas (es decir, luz infrarroja cercana y media) para estudiar las interacciones brocosoma-luz y obtener más información.
Tras las pruebas en el laboratorio, ¿han descubierto para qué utilizan esta sustancia los saltamontes? ¿Es algún tipo de camuflaje especial?
Basándonos en nuestro estudio, planteamos la hipótesis de que la emplean para reducir significativamente el reflejo de la luz ultravioleta y visible. De este modo, achican su visibilidad para los depredadores, por ejemplo pájaros y escarabajos, cuyo espectro visual cae dentro de estas longitudes de onda. Esta hipótesis aún debe ser probada en el campo.
Más allá de la idea de una capa de invisibilidad, ¿podría detallar a qué conclusiones arribaron en sus nuevas investigaciones?
Nuestro trabajo ha dilucidado cómo la geometría única de los brocosomas conduce a su función antirreflejante. Específicamente, el brocosoma es el primer ejemplo biológico que exhibe una funcionalidad de filtro de paso bajo y longitud de onda corta. Esto supone aplicaciones en recubrimientos antirreflectantes y tecnología de camuflaje. Además, permitirá crear sistemas de cifrado óptico, un sistema para resguardar información que solo sería visible bajo longitudes de onda de luz específicas.
Una cosa es el camuflaje y otra diferente es el superpoder que ofrecería una capa de invisibilidad. ¿Realmente podría emplearse el brocosoma sintético para ese uso?
Nuestros hallazgos sugieren la posibilidad de diseñar brocosomas sintéticos para manipular la luz dentro de un rango de longitud de onda específico. Así, se reduce significativamente la visibilidad para los observadores dentro de ese rango.
Respecto a vuestro trabajo, es interesante el concepto de bioinspiración. Este parece ser otro ejemplo de cómo la naturaleza tiene guardados secretos maravillosos. ¿Qué importancia tiene para usted observar el mundo para encontrar inspiración científica?
Es muy relevante. En el laboratorio que dirijo en la Universidad de Pensilvania constantemente analizamos las estrategias de las especies naturales. Allí, utilizamos micro y nanofabricación avanzada para replicar estos materiales y encontrar aplicaciones impactantes. Con más de 8 millones de especies naturales documentadas en la Tierra, la naturaleza proporciona continuamente inspiración para innovaciones materiales que permitan afrontar nuestros desafíos tecnológicos.
Los próximos pasos en una investigación que abriría paso a las capas de invisibilidad
Tal como señala Wong, el principal obstáculo en estas investigaciones es replicar los brocosomas, que son pequeñísimos. El émulo sintético que crearon, más voluminoso en comparación al original, tiene apenas la quinta parte del diámetro de un cabello.
“Como siguiente paso, nuestro objetivo es superar los límites de la nanofabricación para crear brocosomas sintéticos que tengan un tamaño más cercano al de los naturales”, comenta al respecto el investigador. “Creemos que aún quedan muchas más propiedades interesantes por descubrir”, concluye con entusiasmo.
Antes de finalizar la conversación, consultamos al especialista si han recibido comentarios de terceros respecto a los vínculos de sus investigaciones con la imaginería de la ciencia ficción. ¿Acaso alguien mencionó que los estudios de los brocosomas de los saltamontes permitirían crear una capa de invisibilidad, como la de Harry Potter? Fiel a su formalidad de científico, Wong prefirió eludir esta consulta diplomáticamente.