En la entrada anterior os hablé de un ingenio nacido de la ciencia ficción y que últimamente está cobrando bastante protagonismo: el ascensor espacial. Terminé la entrada mencionando algunos de los problemas que suscita la construcción de un dispositivo de este tipo, más allá de los típicos, como el viento; que provocan que cada año, los concursos que la Agencia Espacial Norteamericana convoca alrededor del ascensor espacial, queden casi vacios. Y digo casi, porque poco a poco, cada año más, van apareciendo propuestas muy completas que podrían desembocar en una realidad en una cantidad razonable de años. Todo esto es posible gracias a que, desde hace poco, se conoce un material capaz de solucionar el mayor inconveniente para la construcción del ascensor, la resistencia a la tracción. Y es sobre este material, sobre el que mi mente preclara os va a hablar hoy.

Como comenté en la entrada anterior, el mayor inconveniente que se presenta a la hora de diseñar un ascensor espacial es encontrar un material lo suficientemente fuerte para el cable. Aunque parezca mentira, la mayoría, por no decir todos, de los materiales que os pueden estar rondando por la cabeza no servirían para esta empresa. Esto es debido a lo que se conoce como “resistencia a la tracción”.

Cuando construimos un cable de un material determinado y lo sometemos a un esfuerzo de tracción (es decir, tiramos de él con cierta fuerza o le colgamos un peso) el material tiende a estirarse más o menos dependiendo de una magnitud que se conoce como “Módulo de Young” y que es característica de cada material.
Fundamentalmente, el módulo de Young es la fuerza que es capaz de soportar el material por cada metro cuadrado que tenga de superficie. Así, un cable de acero podrá soportar más fuerza, y por tanto más fuerza, cuanta más área posea y más alto sea su módulo de Young, como corresponde a la idea intuitiva de que cuanto más gorda sea una cuerda más peso soporta.

De esta manera, una goma elástica típica, como las que todos hemos utilizado para incordiar la calva de algún profesor detestable, suele tener un módulo de Young que ronda los 600 o 700 Newton por metro cuadrado, mientras que un cable de acero como los que se utilizan en las grúas o para afianzar la carpa de las fiestas del pueblo suele rondar los 100 GigaNewton por metro cuadrado (cien mil millones de Newton por metro cuadrado). Sin embargo, y pese a ser este último número bastante asombroso, ninguno de estos materiales es capaz de soportar el esfuerzo indefinidamente.

Pese a que se podría pensar que un material solo se rompe si lo sometemos a un esfuerzo mayor al que es capaz de resistir, esto es solo verdad a medias, y ha sido una de las verdades más amargamente descubiertas de la historia de la humanidad. En realidad, cuando se somete un material a un esfuerzo, pese a resistirlo, el material pierde, poco a poco, sus propiedades elásticas (su capacidad de recuperarse) en lo que se conoce como fatiga del material. Y digo que ha sido uno de los descubrimientos más amargos de la humanidad por las circunstancias en la que este ocurrió, que no fueron otras que la extraña e inexplicable fecha de caducidad que cierto modelo de avión británico presentó durante la década de los cincuenta. Cuando uno de estos aviones alcanzaba cierta cantidad de horas de vuelo, sus alas estaban tan increíblemente fatigadas que rompían y provocaban un accidente aéreo con la consiguiente mutilación o muerte del piloto.

Y este es el mayor inconveniente para la construcción de un ascensor espacial, pues hasta comienzos de los años noventa no se conocía ningún material capaz de soportar indefinidamente su propio peso y no sentir fatiga ante él. Sin embargo, todo eso cambió cuando, en 1991, un físico japonés apellidado Iijima y galardonado con el “Premio Príncipe de Asturias” de este año, descubriese los nanotubos de carbono.

Los nanotubos de carbono han sido una sustancia que ha estado presente inconscientemente en los mejores aceros del mundo desde el comienzo de la humanidad. Se han encontrado trazas de nanotubos de carbono en el acero de Damasco o en las hojas de las espadas de los samuráis japoneses.

Un nanotubo de carbono es una de las formas atrópicas del carbono, es decir, una de las múltiples formas en las que los átomos de carbono se pueden agrupar. Para que nos entendamos, los átomos de carbono jugarían el papel de piezas de Lego, las cuales se pueden juntar formando distintas estructuras; a saber: grafito, diamante, fullerenos y nanotubos. Estos últimos se componen básicamente de una lamina de grafito, en la que sus átomos están dispuestos de una forma geométrica determinada, enrollada sobre sí misma para formar un tubo de apenas dos nanómetros de diámetro y más de 10^5 nanómetros de largo.

Es precisamente, su relación longitud-grosor, junto con la especial disposición de los átomos, la que hace que los nanotubos de carbono sean tan útiles para la construcción del cable de un ascensor espacial, pues esa configuración especial les otorga un módulo de Young de entre 1,5 y 4 TeraPascales (un TeraPascal es un billón español de Newton partido por metro cuadrado), entre diez y cuarenta veces más que un cable de acero de alta resistencia. De hecho, se ha calculado que un cable de ascensor espacial fabricado de nanotubos de carbono y compuesto de una cadena simple de tubos (teniendo de esta manera un grosor de apenas dos nanómetros) no solo sería capaz de resistir su peso indefinidamente, si no que podría levantar sin problemas una carga de unos pocos cientos de kilos. Equivalentemente, sería como si con uno de vuestros pelos (escoged el lugar donde sean más fuertes y rizados) pudieseis levantar un peso de varias toneladas. ¡¡Menudo dolor de huevos!!

Pero no solo el ascensor espacial es lo que hace atractivos a los nanotubos de carbono. Desde que se descubrieron y se empezaron a fabricar en los primeros años de la década de los 90, sus increíbles propiedades físicas han provocado que se comiencen a utilizar en los proyectos tecnológicos más avanzados, y no tardarán mucho en llegar a los dispositivos de consumo común. Pero eso… es cosa de otro post…