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Toribio Fernández Otero. "Materiales para la innovación / La inteligencia de los materiales"

Invitado a la jornada de Materiales para la innovación. La inteligencia de los materiales, Toribio Fernández Otero, catedrático y director del Centro de Electroquímica y Materiales Inteligentes de la UPCT, insistió en la inversión que conlleva la investigación científica. Para avanzar “los jóvenes han de estar dispuestos a romper nuevas barreras y a exigir de los políticos… la creación de fuentes de financiación adecuadas para montar las nuevas empresas tecnológicas, crear empleos, repartir riqueza y abrir nuevos caminos.”
 
- En primer lugar, Toribio Fernández Otero, bienvenido a esta jornada de Materiales para la Innovación. Para iniciar nuestra conversación, nombras en el título de tu conferencia algunos conceptos que me gustaría que explicases: “materiales inteligentes”, “materiales multifuncionales” y “materiales biomiméticos”.

Yo creo que se puede entender con facilidad. Un poco dentro de la filosofía de la ciencia, podemos decir que la parte de la ciencia más brillante del siglo pasado ha sido la Física con el desarrollo de todos los modelos físicos. Han permitido realizar progresos increíbles, de tal suerte que fueron capaces de predecir la existencia de partículas subatómicas a niveles infinitamente pequeños y de estructuras en el universo a distancias o en dimensiones infinitamente grandes.

Ha sido tan exitoso que los políticos no tienen problemas en conceder miles de millones de euros para el súper colisionador que acaba de empezar a funcionar hace poco, porque se sabe que va a ser capaz de resolver muchos problemas científicos y comprobar predicciones teóricas. En estas condiciones las preguntas que nos planteamos como científicos son: ¿dónde está el límite de la Ciencia? ¿Se está agotando el Método Científico y sus desarrollos tecnológicos?

En algunas escuelas de historia de la ciencia y filosofía de la ciencia americanas, hay varios libros recientes que se titulan: ¿Se está terminando la ciencia? Bueno, pues no. A mi que me gusta la filosofía de la ciencia, también he escrito en varias revistas científicas lo que yo llamo la paradoja de la proximidad. Tenemos modelos que son capaces predecir lo infinitamente grande, lo distante de nosotros y lo infinitamente pequeño. Sin embargo la más pequeña enfermedad que surge nos transforma de nuevo en principiantes. Surge el sida y nos transformamos en alquimistas, aplicando el método de ensayo y error de cócteles de medicamentos para ver cómo se puede paliar, que no resolver.

No tenemos ningún modelo que sea capaz de predecir la aparición de nuevas enfermedades o nuevos problemas médicos. Porque no existen modelos científicos capaces de predecir lo próximo, lo que nos rodea cada día y nos incumbe directamente, la vida y lo próximo. Los modelos de éxito del siglo XX han sido físicos, pero la vida es química. Sin reacciones químicas no hay vida, podemos incluso congelar la vida. Ya sabemos cómo en condiciones especiales, bajarle la temperatura a una persona para que durante una operación no necesite riego sanguíneo. Volvemos a recuperar la vida al incrementar la temperatura. Congelamos las reacciones químicas y las recuperamos. La vida es química. Y no disponemos de, o no hay, modelos que permitan predecir cómo interaccionan los reactivos dentro de una célula con el resto de sustancias allí presentes y cómo cambian esas interacciones, para cada uno de los reactivos, cuando se transforman en un producto.

Los modelos científicos se inician con el estudio de elementos básicos muy simples. La vida en las células se basa en un medio gelatinoso formado por macromoléculas reactivas (proteínas, enzimas, cadenas de ácidos nucleicos...) agua e iones (orgánicos e inorgánicos) provenientes de sales y disueltos en el agua. La mayoría de materiales tecnológicos (metales, plásticos, compuestos orgánicos o inorgánicos) no son reactivos, tiene composición constante y están secos (véanse las piezas de un coche). Las reacciones industriales tienen lugar en estado gaseoso o líquido. No sirven de modelo para la vida.

Bueno, pues ahora hay unos plásticos que conducen la electricidad, como los metales que también conducen la electricidad. Como ellos, también se oxidan y se reducen. En esa reacción intercambian iones con el medio y agua, generando un material reactivo que está constituido por polímeros, agua y sales. Por fin tenemos un modelo simple de las reacciones en las células de cualquier ser vivo.

En esa reacción cambia el volumen del material, como en los músculos; cambia el color, como en las pieles miméticas; cambia la carga almacenada en un material completamente orgánico y que algún día será biodegradable, como en los órganos eléctricos de las anguilas eléctricas, de los torpedos, etc. También cambia la distancia entre las cadenas poliméricas, durante la oxidación reducción, como en los canales calcio, en los canales sodio, los canales de cloruro de las células vivas, que se abren y se cierran; almacenamos iones durante la oxidación, si esos iones tienen interés farmacológico o interés agrícola, los podemos liberar mediante la reacción inversa, a voluntad. Si forman parte de una tela o de un tejido, podemos almacenar sustancias aromáticas que podamos desprender cuando nosotros queramos y como nosotros queramos.

Luego una sola reacción tiene múltiples funciones y cada una de las funciones imita una de los seres vivos. El material reactivo imita a los biológicos en la composición (macromoléculas reactivas, agua e iones) y también en las propiedades y las funciones de ellas derivadas: es multifuncional y biomimético.

En nuestros músculos tenemos proteínas reactivas, llega un impulso eléctrico, se inicia una reacción química, se intercambian iones y agua con el medio y movimientos de las cadenas poliméricas dan lugar a la contracción muscular. Los eventos consecutivos, desde un punto de vista científico y molecular, son análogos a los que originan la reacción en los polímeros conductores. Podemos tratar de desarrollar músculos artificiales con los nuevos materiales, así como otros dispositivos imitadores (aunque a la misma distancia que un recién nacido de un campeón olímpico) de los biológicos.
 
¿Y por qué materiales inteligentes? Porque durante la reacción se sigue un potencial eléctrico y en ese potencial es sensible a cambios de temperatura, cambios de presión, a cambios del medio ambiente, es decir, actúa y siente al mismo tiempo, casi como los músculos naturales.

- Entonces el material en sí es inteligente, ¿no es una cuestión de tecnología?

Bueno, digamos que hablar de inteligencia en los materiales es una metáfora. Entonces para entender la extensión de la metáfora hay que tomar una referencia. Los materiales inteligentes por antonomasia son los biológicos que son actuadores como los músculos. Son capaces de realizar una función y son sensores. Si yo extiendo la mano agarro un obstáculo sin verlo, mi cerebro sabe inmediatamente qué fuerza tiene que hacer para mover el obstáculo. Luego, el músculo en su tensión mecánica le está informando de la cantidad de energía necesaria para realizar su función. Además, los músculos se autoreparan. Si yo tengo un pequeño esguince o una pequeña fractura de fibras, mantengo inmóvil el músculo durante unos días y mi organismo repara por sí solo el motor muscular.

Ésos son los materiales inteligentes por antonomasia, los de referencia. Cuando más se acerque a ellos (sensor, actuador y autorreparable), el material artificial será más inteligente.

En la actualidad los que el mercado llama sistemas inteligentes están formados por actuadores, sensores, redes de comunicación, un software complejo y un ordenador. Una raqueta en la que llegan los cables de todos los actuadores y sensores, el software que lee rápidamente las señales de todos ellos, y después las trata para tomar una decisión. Como ahora disponemos de unos materiales, los polímeros conductores reactivos, que son actuadores y sensores, en sólo dos cables están todas las señales actuadoras y sensoras. El software de control del sistema inteligente será infinitamente más sencillo y la toma de decisiones más rápida. Por consiguiente, parte de la inteligencia de lo que en la actualidad se llaman materiales inteligentes o sistemas inteligentes (en los que la inteligencia está en el software) lo hemos trasladado al material.

- En esta investigación que está haciendo con los materiales, ¿cuál es la estrategia para llegar a los diseñadores, para que utilicen su producto? ¿Hay una relación entre la investigación y el producto?

Bueno, la respuesta es siempre muy sencilla. Es dinero. ¿Por qué dinero? Se necesita mucha gente trabajando para desarrollar un producto. Digamos que la investigación básica para llegar a los dispositivos que nosotros tenemos en el laboratorio es como el dinero que se gasta para el proyecto de una casa. Es el dinero que pagamos a los arquitectos por hacer el proyecto. Llegar a un producto final en el mercado cuesta lo mismo que cuesta hacer el edificio a partir del proyecto. Esa es la relación que podemos entender entre lo que cuesta la investigación básica con intención aplicada, que hacemos en los laboratorios para llegar a un dispositivo del laboratorio y, el dinero y las personas que se necesita después para llegar a un producto.

Algunos de estos dispositivos, como las ventanas inteligentes o los espejos inteligentes, ya están, en sus versiones sencillas, en nuestra vida cotidiana, aunque no nos demos cuenta, como en los retrovisores de muchos coches. La tecnología es cada vez más amigable. ¿Ha dejado de tener la gente encendidas las luces largas en la autopista, ya no hay nadie que lleve las largas detrás nuestra? Sin embargo, de los que vienen de frente todavía hay alguno que trae las largas,.. ¡qué paradoja! Pues no, es que nuestro espejo lleva un detector que cuando alguien ilumina por detrás con las largas se oscurece automáticamente. No tenemos que hacer el movimiento mecánico de antes, la tecnología ya es inteligente y comienza a estar en el mercado.

Relativo a los músculos, al poco de nosotros patentar el primer músculo artificial basado en polímeros conductores, se montó, entre otras, una empresa en California que se llama: “Muscles.” Ha pasado ya por diversas manos y hace dos semanas la acaba de comprar Bayern. “Micromuscles”, en Suecia, también acaba de ser adquirida por otra multinacional. Como éstas existen más de 20 empresas en Suecia, Dinamarca, Japón, Estados Unidos, Francia y en Inglaterra. El gasto de cientos, o miles, de millones de euros por algunas multinacionales para adquirir empresas tecnológicas (que produjeron, fundamentalmente, patentes y prototipos durante 10 o 15 años) representa el inicio de la industrialización.

¿Por qué en esos países se desarrollaron empresas tecnológicas y por qué no en España, si es donde se hizo el primer desarrollo y la primera patente? Bueno, porque para llegar del juguete del laboratorio a productos, se necesita una empresa “spin-off” con inversión de mucho dinero para que haya seis u ocho investigadores que se dediquen a hacer: nuevas patentes, a ensayar productos y a indagar el mercado. Eso cuesta mucho dinero y en este país no tenemos todavía una estrategia institucional adecuada.

Está empezando. No se puede en investigación y desarrollo dar saltos en el vacío. Se tiene que ir avanzado escalón a escalón. Hemos pasado de no ser nadie en ciencia a ser entre la sexta y la duodécima potencia del mundo (dependiendo de las áreas) según los indicadores de las bases de datos internacionales. Y todo, a pesar dºe que ocupamos el puesto casi 60 en el porcentaje de PIB (Producto Interior Bruto) dedicado a investigación y desarrollo en España (alrededor del 1% frente al 6-7% en los países nórdicos, en torno al 3% de media en la unión europea).

Sin duda al dividir lo que producimos por el dinero que invertimos resultamos ser el país más productivo del mundo. Nos faltan investigadores y nos falta dinero para que ese desarrollo científico y esos proyectos que salen de los talleres de los arquitectos científicos se transformen en edificios de verdad: generar puestos de trabajo, generar empresas, generar riqueza, riqueza permanente para la próxima ola tecnológica. Esas empresas durarán los próximos cien años. Ahí es donde, a mi modo de ver, nos hace falta invertir.

- Estás hablando de niveles internacionales y nacionales, pero a nivel regional como Murcia, ¿es difícil incorporar o hacer un enlace directo a los científicos y colaborar junto con los diseñadores de productos?

Es muy difícil porque nos fallan las estructuras y nos fallan las empresas. Para eso tiene que haber empresas que tengan unidades I+D dirigidas por doctores. El primer problema que hay en la relación con las empresas de la universidad, de los centros de investigación del consejo (CSIC), o de los centros tecnológicos regionales, es que utilizamos distinto lenguaje y eso produce desconfianza.

Afortunadamente tenemos miles de personas con formación de enseñanza general básica, o de enseñanza media, que tienen el coraje y han tenido el coraje suficiente para poner en pie la industria que tenemos en este país. Eso tiene muchísimo mérito, pero al partir de estados de formación medios o bajos, no tenemos la industria tecnológica que deben de surgir de las universidades, generadas y creadas por los ingenieros, o por los doctores, que salen de los grupos de investigación.

El día que se promueva desde las instituciones el que los ingenieros, los químicos, los físicos, los médicos, puedan montar empresas tecnológicas, ese “gap”, esa distancia, esa falta de comunicación, habrá disminuido extraordinariamente. Cuando se crean esas empresas, se montará al mismo tiempo que la empresa, una unidad de Investigación y Desarrollo. Y, en esa unidad estarán trabajando ingenieros, doctores y licenciados. La barrera para el diálogo se habrá caído.

- ¿Pero para cambiar, qué tenemos que hacer?

Eso es una cuestión del gobierno central. La investigación, el desarrollo tecnológico y la transferencia de tecnología requieren decisiones a nivel nacional. Si el gobierno regional intentase hacer algo al respecto se encontraría bastante impotente. Por ejemplo, la universidad española es totalmente autónoma. Hablando ahora como individuo que paga sus impuestos, como cualquiera de los que nos escuche, resulta que le hemos dado a la universidad autonomía absoluta sin pedirle nada a cambio. Se ha transformado en un casi monstruo burocrático, que no necesita presentar resultados. Nos extraña que haya un informe en Lisboa del que nadie habla (se habla mucho del Informe Pisa y de lo mal que está España, comparada con Europa, enseñanzas medias), pero nadie se preocupa de que aparezcamos en el último o en el penúltimo lugar en eficacia de formación de los estudiantes universitarios en el Informe Lisboa. Si le diésemos a Renfe autonomía absoluta, y todo el dinero que necesite para hacer con él lo que quiera sin pedirle nada a cambio y con un sistema democrático de organización, ¿qué ocurriría? Yo se lo digo, al cabo de unos meses habría un presidente, cuarenta vicepresidentes, doscientos sub-sub-vicepresidentes para controlar la estructura democrática y permanecer en el poder: y los trenes no llegarían ninguno a su hora. Eso ha ocurrido con la universidad española los últimos 25 años.

- Para terminar, yo quería insistir en el punto de que hay estudiantes de diseño con iniciativa, con inquietudes, ¿qué pueden hacer para acercarse a vuestra información?

Vamos a ponernos ahora en plan positivo, en estas condiciones, que no son buenas, se ha conseguido poner a España en uno de los primeros lugares del mundo en producción científica. Quizás no tengamos todavía el número crítico de investigadores, y yo llamo investigador a la persona que en los últimos cuatro o cinco años ha hecho alguna publicación en una revista internacional, ha hecho una patente o ha hecho un desarrollo, no a alguien que tiene título de doctor o que trabaja en un centro de investigación. De esos investigadores no tenemos todavía el número crítico y mientras no se tiene el número crítico de jugadores de regional, de tercera y de segunda división, no se puede montar una liga de fútbol de primera para competir a nivel internacional.

Nuestra generación ha podido arrancar de las autoridades, las vías de financiación para la investigación básica que ahora tenemos y que nadie se atreve ya a quitar, hemos hecho un avance importante. Gracias a los investigadores y a los políticos, entre ellos nuestro presidente, se ha conseguido que la sociedad sea conciencie de lo importante que es la investigación para el desarrollo de nuestra sociedad.

Hay que avanzar en ese camino y los jóvenes han de estar dispuestos a romper nuevas barreras y a exigir de los políticos (los políticos sólo reaccionan a los lobbys de presión, y no los pueden atender todos) la creación de fuentes de financiación adecuadas para montar las nuevas empresas tecnológicas, crear empleos, repartir riqueza y a abrir nuevos caminos. Eso también es una tarea apasionante para llenar una vida creativa. Es duro pero es apasionante, porque es una tarea nueva, distinta de la de nuestra generación. Digamos que la función de esta próxima generación es abrir esas barreras obligando, e insistiendo donde sea, para que pasemos de la financiación de investigación básica a investigación aplicada y a generación de empresas. Si lo hacen cumplirán con su función y la función de su generación en este país. Si no lo hacen, todo el esfuerzo que se ha hecho para poner a la ciencia española en el nivel al que está será inútil, porque no se ha podido culminar con el paso siguiente. La siguiente generación de murcianos bien formados tendrá, en ese caso, que volver a emigrar a buscar trabajo en los países que si han hecho sus deberes.

Para su formación en los laboratorios de investigación van a encontrar todas las puertas abiertas por parte de quienes los dirigimos. Desde aquí se les estimulará y alentará para iniciar el nuevo camino que han de recorrer. Los problemas que tenemos los últimos años es que ha habido poca gente que quiera hacer un doctorado, que quiera entender cómo funcionan los dispositivos que creamos. Es por ello que los dispositivos que se desarrollaron en este país, como ideas, dan lugar a productos, a empresas, a puestos de trabajo y a riqueza en otros países. Hay que terminar con ello y completar el edificio de la ciencia y la tecnología española.

Texto: Halldóra Arnardóttir, Doctora en Historia de Arte.

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