De los camaleones a las pantallas LCD. Cómo nos acercamos a la invisibilidad

Podemos encontrar en la naturaleza animales con habilidades increíbles que parecen superpoderes. Por ejemplo, el vencejo común (Apus Apus) es un ave capaz de volar más de diez meses seguidos sin detenerse a descansar, como un buen superhéroe. En cambio, las Sacculina parecen villanos por su habilidad para infectar cangrejos y controlarlos mentalmente.

Entre estas habilidades, podemos destacar la invisibilidad. Los pulpos y los camaleones son capaces de cambiar de color para camuflarse con el fondo y evitar ser vistos por un depredador. Es una habilidad valiosa y envidiada por los ingenieros, que no han perdido el tiempo en tratar de entender su mecanismo y crear materiales que lo imiten. Y es que un camaleón puede ser la clave para crear una capa de invisibilidad… o para la pantalla de un reloj digital.

Los cristales camaleónicos

Los camaleones cambian de color gracias a los cromatóforos, unas células que contienen unos pigmentos especiales. Los pigmentos son compuestos químicos capaces de absorber y reflejar ciertas longitudes de onda de la luz, tomando uno u otro color para nuestros ojos. Por ejemplo, un objeto de color rojo es así porque refleja la luz de ese color y es la que llega a nuestra pupila.

Pero el problema de los pigmentos es que siempre reflejan el mismo color, por eso la mayoría de animales, humanos incluidos, no cambiamos de color rápidamente; y necesitamos un tiempo para sintetizar más pigmento en nuestras células. En el caso de los humanos, algunas células de nuestra piel sintetizan melanina de manera temporal, oscureciendo la piel al estar expuestos al sol.

Para generar la variedad de colores del camaleón, estos no pueden depender de un único pigmento. Por este motivo, los cromatóforos tienen pigmentos capaces de reflejar un color o volverse invisibles a voluntad del camaleón. De este modo, combinando cromatóforos de diferentes colores, el camaleón puede cambiar el tono de piel al color que necesite en cada momento.

Para lograr este truco, los pigmentos de los cromatóforos son cristales líquidos, con unas propiedades químicas interesantes y que ya hemos podido imitar. Pero en vez de lograr una capa de invisibilidad, hemos logrado pantallas de móvil y nuevas prendas de vestir.

El cristal líquido es un estado de la materia, a medio camino entre lo líquido y lo sólido. En los líquidos, las moléculas pueden moverse con libertad y fluir. En cambio en los sólidos interaccionan entre si formando una red organizada y rígida. Los cristales líquidos parecen líquidos a simple vista, pero sus moléculas no pueden moverse libremente, sino que tienen ciertas restricciones. Por ejemplo, las moléculas de algunos cristales líquidos solo pueden fluir en una dirección determinada o girar en una dirección concreta.

Los pigmentos del camaleón son cristales líquidos cuyas moléculas están alineadas, como en una formación militar. En el ángulo correcto, el pigmento refleja la luz y lo vemos de color. Pero cuando el cromatóforo recibe un impulso nervioso, el cristal líquido se gira, adoptando una orientación que deja de reflejar la luz y se vuelve transparente. De este modo, es posible lograr un pigmento que aparece y desaparece a voluntad del animal.

Esta propiedad tan conveniente se usa en la tecnología de las últimas décadas. Las pantallas de cristal líquido o LCD que podemos encontrar en relojes digitales y tabletas, incluyen cristales líquidos en su interior. De hecho, lo podemos comprobar fácilmente, ya que si presionamos estas pantallas con el dedo notaremos como se deforma por su estado casi líquido.

Estos cristales siguen el mismo principio del camaleón, adaptados para que cuando el dispositivo le dé una corriente eléctrica, pasen a ser opacos o transparentes. Así, podemos poner debajo de la capa de cristal líquido una fuente de luz, y controlar la opacidad para transformar señales eléctricas en formas concretas.

Una ventaja de estos dispositivos es que el cristal líquido permanece en su posición hasta recibir una nueva descarga, por lo que llegan a consumir muy poca electricidad. Este mecanismo es el que usan los libros de tinta electrónica, por este motivo su batería dura tanto tiempo, solo necesitando una pequeña corriente en los cambios de página.

Pero claro, las pantallas de cristal líquido están inspiradas en el camaleón pero no son idénticas. La principal diferencia está en el reflejo de la luz del pigmento. Los pigmentos artificiales de las pantallas LCD son de color negro, y jugamos con la luz de debajo para generar colores. En cambio los camaleones no necesitan de una fuente de luz adicional, ya que son sus propios pigmentos los que generan el color.

Esta diferencia tiene implicaciones importantes en los límites de estas pantallas. Al necesitar una fuente de luz, hay cierto grosor mínimo que no podemos evitar. Además, cuanta más luz queramos debajo, más cantidad de electricidad tendremos que gastar para ello.

La solución más sencilla seria buscar cristales líquidos de otros colores, pero no es una tarea sencilla y por eso no hay tinta electrónica de colores. En las últimas semanas se ha logrado un gran avance en esta dirección, gracias a un equipo de investigación de la Universidad de Colombia que ha logrado crear cristales líquidos que emiten colores concretos, lo que permitiría crear incluso prendas de ropa que cambian de color.

Celdas de color

Durante las últimas décadas, se han encontrado cristales líquidos capaces de emitir color según su orientación. Muchos pensaban que serían la clave para las pantallas a color. El problema es que este tipo de cristales no responden a las señales eléctricas, por lo que no son fáciles de controlar y orientarlos en la dirección que queremos.

Por ese motivo, los investigadores decidieron cambiar de enfoque, y buscar otra manera de controlarlos sin depender de la electricidad. Para lograrlo, pensaron en controlarlos especialmente, y encerrar los cristales en pequeñas celdas de plástico, en una versión microscópica del plástico de burbujas.

Dentro de sus celdas, los cristales líquidos confinados tienen una orientación y color determinados, pero si el plástico se estira o se calienta, las celdas cambian de tamaño, y el cristal acaba girando y cambiando de color de manera temporal.

Este mecanismo de control es menos preciso que el que nos puede aportar las corrientes eléctricas, pero da suficiente juego como para desarrollar aplicaciones con ella. Por ejemplo, es posible generar prendas de ropa que cambien de color ante diferentes cambios de temperatura, o sensores que permitan conocer de un vistazo la tensión que soportan algunos dispositivos, por ejemplo las alas de los aviones.

Es un paso pequeño y grande al mismo tiempo. Aprovechar los cristales líquidos de manera independiente a la electricidad abre nuevas posibilidades para domarlos y controlar su color. Además, no requieren de fuentes de luz adicionales, así que podemos crear plásticos de colores tan finos como un papel. Puede que la siguiente revista que leamos sea con cristales líquidos y sus páginas cambien cada semana. Todo gracias a la inspiración de los camaleones.

QUE NO TE LA CUELEN:

• Se han descrito una gran variedad de cristales líquidos tanto artificiales como presentes en la naturaleza. Muchos de ellos tienen propiedades que podrían ser útiles para elaborar pantallas a color, pero lo complicado es producirlo de manera industrial y controlar el ángulo del cristal de manera precisa.
• Una manera de lograr pantallas LCD de color es jugar con la fuente de luz situada debajo del cristal. De este modo, se puede emitir luz roja, azul y verde en cualquier combinación, jugando con la opacidad de los cristales situados encima.

REFERENCIAS:

• Teyssier, Jérémie, et al. “Photonic Crystals Cause Active Colour Change in Chameleons.” Nature Communications, vol. 6, no. 1, Nature Publishing Group, Mar. 2015
• Sadati, Monirosadat, et al. “Prolate and Oblate Chiral Liquid Crystal Spheroids.” Science Advances, vol. 6, no. 28, American Association for the Advancement of Science, July 2020