Blog original en inglés por Margaret Robinson
Traducido por Jeremy Miller

Me gustan las bicicletas. De niña, las bicis eran parte de los días de verano con cielos descubiertos que pasaba olvidándome del mundo, yendo en círculos una y otra vez con nuestros amigos por el callejón sin salida en que vivíamos hasta que se encendían las farolas y nos llamaban nuestras madres que volviéramos a casa para cenar. Hoy en día, ando en bici para ir y venir del trabajo, para hacer ejercicio, para divertirme, para relajarme del estrés de la escuela de posgrado y como una chance de ser competitiva en un equipo de carreras. Las bicis son una parte importante de mi vida y me agrada compartir mi pasión con los demás. El verano pasado le enseñe andar en bici a Mimi Hang, otra investigadora y autora de blogs para el Centro de Nanotecnología Sostenible. Después de 5 minutos de progresión tambaleante por la ciclovía, Mimi estaba por explotar y exclamó, “¡Puedo sentir el viento en la cara!” Tal vez sea atrevido decirlo, pero quiero pensar que todos pueden conectar con la bici de cierta forma.

Este blog trata de la nanotecnología sostenible. Entonces… ¿qué conexión tiene a las bicis? En alguna de esas intersecciones sorprendentes pero comunes entre los varios intereses de nuestras vidas, resulta que la química tiene mucho que ver con el andar, el diseñar y el fabricar de las bicis. En la última década, la industria de ciclismo ha empezado a pillar las propiedades únicas de los nanomateriales, y en los próximos dos blogs que voy a publicar, voy a explicarles algunos de esos nanomateriales actualmente usados en la industria, junto con algo de marketing pseudocientífico (¡ay no!). ¡Abróchense los cascos, que vamos ya!

La carrera de 2006 del Tour de Francia, la competición ciclista más famosa en el mundo, fue una victoria para Floyd Landis* y para los nanotubos de carbono empleados en el cuadro de su bicicleta.¹ Los nanotubos de carbono (la misma sustancia mencionada en nuestros blogs recientes acerca de los compuestos ignífugos y la purificación del agua) son construcciones de átomos de carbono de empaquetamiento hexagonal envueltos en cilindros. Casi se parece al alambre gallinero enrollado en tubos, excepto que la pared del cilindro mide exactamente un átomo de carbono (por esta dimensión se llaman nanotubos). A mi entender, la bici de Floyd Landis fue la primera instancia del uso de nanomateriales en el diseño de una bici comercial.

Los nanotubos de carbono (NTC) atrajeron la atención del mundo científico en los años noventa debido a su estructura única y sus propiedades asociadas. Por ejemplo, pueden conducir cinco veces más la electricidad y quince veces más el calor que el cobre. BMC, la empresa suiza que manufacturó la bici de Landis, en colaboración con Easton Sports de EEUU,² tomaron nota de la fuerza³ y rigidez sin rival de los NTC con respecto a su peso. Los NTC son 200 veces más fuertes y cinco veces más elásticos (es decir, menos rígidos) que el acero, con casi la mitad de la densidad de aluminio.⁴ Estas propiedades impresionantes de los NTC pueden atribuirse al empaquetamiento específico de los átomos de carbono en la nanoescala y motivan el uso de ellos en el cuadro.

Las bicis de carrera de BMC están hechas de una fibra de carbono, un material que consiste en fibras anchas y largas de 5 a 10 micrómetros entretejidos en láminas (para comparar, un cabello mide ~100 micrómetros de espesor). Se ponen en capas estas láminas y se moldean en la forma del cuadro. Una resina pegajosa se usa en ese momento para mantener juntas las láminas. La fibra de carbono se considera un material compuesto porque combina dos o más materiales con diferentes propiedades físicas y químicas para crear un nuevo material con características distintivas. En el caso de la bici, las fibras de carbono, flexibles pero fuertes, toman su estructura según la resina rígida usada para juntarlas. Esencialmente, este proceso crea un cuadro de bici que no solamente tiene la forma correcta pero también queda resistente en todos los sitios necesarios.

Requiere mucha ingeniería intencional para usar los materiales compuestos para llegar a un producto con propiedades atractivas. En este caso, BMC logró reducir el peso y aumentar la fuerza aún más del material a través de reemplazar algo de la resina de fibra de carbono con nanotubos de carbono que son más rígidos, robustos y ligeros. El cuadro de bici que montaba Landis (sin las ruedas, el manillar, el asiento, o los engranajes) pesaba solamente 2.11 libras⁵ (aproximadamente igual que dos pintas de agua), pero ¡resultó bastante fuerte para sobrevivir las 2.272 millas (y las casi 90 horas) del Tour de Francia!⁶

Aunque el cuadro de los NTC producido por BMC estaba disponible en el mercado en 2006, BMC no produce actualmente ningún cuadro así, que yo sepa, y solo tres otras marcas de moda (Bicicletas BH⁷ de España y Pinarellao⁸ y Dolan Tuono,⁹ empresas radicadas en Italia) han implementado los NTC consistentemente en sus cuadros desde 2006. Excepto un solo diseño de Cannondale en 2013,¹⁰ ninguno de los fabricantes principales (tal como Trek, Specialized, o Giante) ha promocionado que trabajen con los NTC. ¡Qué pena!

Si los NTC tienen tal propiedades maravillosas, ¡¿por qué no han saltado a la fama?! Bueno, el costo es un factor importante. En 2007 demostraron en un laboratorio por primera vez una manera económica de producir gran cantidades de los NTC puros.¹¹ Y a pesar de esa innovación, ¡esas bicis todavía valen 7.000 $ actualmente!^7-10 Si bien se puede producir muchos NTC puros ahora, son difíciles de usar porque tienden a pegarse al mezclarse con otros materiales tal como resinas. Imagínense cables de acero fijados dentro del hormigón que están agrupados en bolas en vez de enderezados en filas y columnas. De modo parecido, los NTC no pueden aportar fuerza adicional si no están apropiadamente colocados.²

A pesar de todo eso, los 7.000 $ puede ser un precio razonable por una bici adecuada para campeonatos. Tal vez un obstáculo más notable para los fabricantes principales de bicicletas es el límite de peso mínimo de 15 libras para la bici entera (incluso el cuadro, las ruedas, los engranajes, el asiento y el manillar), impuesto por UCI, el órgano rector internacional del ciclismo. Introdujeron el límite por primera vez en 2000 a fin de asegurar la seguridad de los ciclistas durante la adopción de equipo ligero basado en la fibra de carbono. Últimamente, algunos equipos de ciclistas han tenido que atar pesos de plomo a las bicis para llegar al mínimo, provocando una reconsideración del reglamento por parte del director técnico de UCI.¹² Sabremos solo a medida que pasa el tiempo si los nanotubos de carbono ganarán el Tour de Francia otra vez.

Entonces, ¿son los nanotubos de carbono el fin de una historia decepcionante de los nanomateriales usados en bicicletas? ¡No! Les contaré más en la segunda parte de esta serie esta misma semana. Para abrirles el apetito, echen un vistazo a este video de un neumático resistente a los pinchazos:

 

*A Floyd Landis le fue quitado el título después de dar positivo para el uso de sustancias para mejorar su rendimiento. Pero vamos, la bici todavía viajó toda esa distancia, así que no le voy quitar el crédito suyo aquí.

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RECURSOS INFORMATIVOS (en inglés)

• Red Informal de la Educación Científica en la Nanoescala: El Mundo de Nanotubos de Carbono (para niños más de 3 años)
• Centro de Investigación Científica e Ingeniería de Materiales: ¿Qué tan pequeño es “pequeño”? (para jóvenes en la escuela media)
• Asociación Nacional de Maestros de Ciencias: Las estructuras y propiedades de carbono WebNews Digest

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REFERENCIAS

1. Kanellos, Michael. Carbon Nanotubes Enter Tour De France. CNET. 10 July 2006. Retrieved from http://www.cnet.com/news/carbon-nanotubes-enter-tour-de-france/
2. Zyvex Corporation. Easton Sports, Inc teams with Zyvex Corporation to apply carbon nanotube technology to bicycle products [press release].PRNewswire. 1 Sept 2004. Retrieved fromhttp://www.prnewswire.com/news-releases/easton-sports-inc-teams-with-zyvex-corporation-to-apply-carbon-nanotube-technology-to-bicycle-products-71830587.html
3. Yu, M-F., Lourie, O., Dyer, M., Moloni, K., Kelly, T., Ruoff, R. Strength and breaking mechanism of multiwalled carbon nanotubes under tensile load.Science. 2000, 287 (5453), 637-640. doi: 10.1126/science.287.5453.637
4. Sinnot, S., Andrews, R. Carbon Nanotubes: Synthesis, properties, and applications. Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. 2001, 26 (3), 145-249. doi: 10.1080/20014091104189
5. Pestes, R. PEZ-Clusive Test: BMC SLC01. PEZ Cycling News. 23 March 2006. Retrieved from http://www.pezcyclingnews.com/tech-n-spec/pez-reviews-bmc-slc01/
6. Churchill, G. 2006 Tour de France Course Profile. 28 Oct 2005. Retrieved from http://www.roadcycling.com/news-results/2006-tour-de-france-course-profile
7. “BH G4 Red” Road Bike Action Magazine. 14 July 2008. Retrieved from http://roadbikeaction.com/bike-tests/bh-g4-red
8. Cicli Pinarello. Torayca 65HM1K with Nanoalloy technology. Retrieved from http://www.pinarello.com/en/technology/road-asymmetric
9. Smith, P. Review: Dolan Tuono. Cycling News. 17 March 2008. Retrieved from http://www.cyclingnews.com/reviews/dolan-tuono/
10. Stickland, B. Flickinger, L., Sherry, J., Furia, E., Ford, B., Liu, G., Rojek, T., Weinberger, H., Koch, R., Yozell, M., Zuckergood, S. Buyer’s Guide: Road Bikes. Bicycling. 8 March 2013. Retrieved from http://www.bicycling.com/bikes-and-gear-features/buyers-guide-road-bikes?slide=4
11. Kumar, M., Ando, Y. Carbon nanotubes from camphor: an environmentally friendly nanotechnology. Journal of Physics: Conference Series: International Conference on Nanoscience and Technology. 2007. 61: 643-646. doi:10.1088/1742-6596/61/1/129
12. Robertshaw, H. UCI considering scrapping 6.8kg bike weight limit. Cycling Weekly. 14 Dec 2015. Retrieved from http://www.cyclingweekly.co.uk/news/latest-news/uci-considering-scrapping-6-8kg-bike-weight-limit-203804