Kirigami a escala microscópica con grafeno

Durante siglos, los practicantes de origami y kirigami han creado increíbles estructuras tridimensionales a partir de simples hojas de papel. En los últimos años, científicos e ingenieros han comenzado a utilizar a estas técnicas para crear estructuras complejas a partir de materiales de dos dimensiones. Ahora, un equipo de físicos ha conseguido aplicar esta peculiar técnica al grafeno, un supermaterial compuesto de láminas de carbono de un solo átomo de espesor y que es 200 veces más resistente que el acero, pero cinco veces más ligero.

Esta curiosa idea ha sido desarrollada por la física Melina Blees, de la Universidad de Cornell en Nueva York, que ha utilizado su experiencia en artes visuales para tratar de encontrar nuevas aplicaciones del grafeno. De esta forma ha sido capaz de convertir láminas de este material en componentes mecánicos de apenas unas pocas milésimas de milímetro. Los resultados de este estudio han sido publicados en la revista Nature.

El equipo de investigadores en el que trabaja Blee se encontraba trabajando con una lámina de grafeno cuando se dieron cuenta de que tenía el mismo tipo de rigidez y flexibilidad que una hoja de papel. Entonces decidieron cortarlo y surgió la idea de aplicar la técnica de kirigami. Esta técnica de origen japonés, cuyo nombre proviene de 'kiru', que significa "cortar", y 'kami', que significa "papel", permite obtener formas complejas tridimensionales a partir de una hoja mediante una serie de cortes.

A partir de ahí, Blee y sus compañeros sustituyeron los potentes microscopios de fuerza atómica, con los que trabajan habitualmente, por papel, tijeras y cinta adhesiva. Durante algunos días los investigadores buscaron las distintas formas que se podían crear en papel, para luego tratar de realizarlas en grafeno.

Una de las primeras estructuras que consiguieron crear a partir de una lámina de este material fue un resorte elástico. Tras crear este microresorte, los investigadores comprobaron que sus propiedades eléctricas se mantenían intactas por muchas veces que lo estirasen y contrajesen, incluso cuando se estiraba al 240% de su longitud original. Entonces el grupo comenzó a realizar otro tipo de estructuras mecánicas, como pirámides, bisagras o voladizos de tan sólo unas pocas decenas de micrómetros de diámetro.

Más allá de lo sorprendente que resulta poder hacer este tipo estructuras de un tamaño casi tan pequeño como el ancho de un pelo humano, estos componentes básicos suponen un primer paso para poder desarrollar los nanorobots y las nanomáquinas del futuro. Además, el tamaño actual de los dispositivos es aproximadamente el mismo que el de muchas células vivas, lo que los convierte en una tecnología ideal para estudiar distintos procesos biológicos.

La aplicación de la técnica de Kirigami al grafeno es una muestra más de lo que el mundo del arte puede llegar a aportar a la ciencia. Quién iba a pensar que el simple arte de cortar papel pudiera servir para innovar en un mundo tan complejo como el de la nanofisica.