Un nuevo cubo de bloques de hidrogel de colores podría inspirar nuevas formas de almacenar y detectar información e, incluso, ayudar a los pacientes a controlar sus afecciones médicas.
El cubo, que parece y funciona como un cubo de Rubik, contiene filas y columnas individuales que pueden girarse; al manipularlas, se modifica el patrón de colores de sus seis caras.
Pero, a diferencia del plástico rígido de un cubo de Rubik, la nueva estructura está hecha de un hidrogel autorreparable, un material polimérico blando que puede absorber grandes cantidades de agua y formar nuevos enlaces químicos cuando se rompen los antiguos.
Como un código QR físico
El equipo ideó la estructura como parte de un esfuerzo más amplio por encontrar nuevas formas de codificar información en objetos físicos.
«Piense en los códigos QR, que son patrones de píxeles blancos y negros sobre una superficie bidimensional utilizados para almacenar información», afirma Jonathan Sessler, catedrático de química en la Universidad de Texas en Austin y coautor del artículo publicado en la revista Advanced Materials.
«Estamos explorando formas de codificar información en patrones de color y en tres dimensiones, lo que, en teoría, permitiría una densidad de información mucho mayor».
Los matemáticos estiman que existen aproximadamente 43 trillones (43 quintillones; es decir, 43 por 10 elevado a 18) de configuraciones únicas de un cubo de Rubik, lo que sugiere que un solo cubo podría almacenar una enorme cantidad de información.
«En poco tiempo, se pueden manipular las interacciones entre los pequeños bloques», explica Sessler. «Es pegajoso, pero no llegan a quedarse atascados. Luego, en un plazo más largo, digamos 24 horas, la estructura se fija en su posición».
Remezcla de bloques de hidrogel
Los científicos colorearon los 27 bloques de construcción del cubo con una nueva clase de puntos fluorescentes inventada por Ben Zhong Tang, químico de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong. Xiaofan Ji, antiguo investigador posdoctoral en la Universidad de Texas en Austin y que ahora trabaja en el laboratorio de Tang, dirigió el proyecto.
Cuando partes de un hidrogel autorreparable se desgarran y luego vuelven a unirse con una orientación diferente, se forman nuevos enlaces químicos que la mantienen en la nueva configuración. Uno de los retos al fabricar el nuevo cubo de Rubik blando fue lograr que los enlaces fueran lo bastante débiles como para que las personas pudieran girar las filas a mano con facilidad, pero lo bastante fuertes como para que toda la estructura conservara su forma.
Los investigadores deberán seguir trabajando antes de poder aplicar la innovación al almacenamiento de datos o a otras aplicaciones, como sensores portátiles que supervisen los cambios químicos de un paciente, por ejemplo, en una persona con diabetes.
Un salto al pasado
En la década de 1980, Sessler utilizó las matemáticas para encontrar distintas series de giros que le permitían reorganizar los patrones de color de un cubo de Rubik de forma controlada. Con tiempo suficiente, podía tomar un cubo desordenado y devolverlo a su estado original, con colores sólidos en cada cara.
«Estaba en una fiesta y alguien me lanzaba un cubo de Rubik», explica Sessler. «Me iba a un rincón y lo resolvía en un tiempo socialmente aceptable, algo así como 10 o 20 minutos».
«Ahora, con este nuevo cubo de Rubik, lo único que tenemos que hacer es separarlo y volver a unir los bloques donde queramos. Podemos resolver el problema en segundos usando el poder de la química para hacer trampa».
La Fundación Nacional de Ciencias de China, el Consejo de Subvenciones para la Investigación de Hong Kong, el Plan de Ciencia y Tecnología de Shenzhen, la Comisión de Innovación y Tecnología (China), la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. y la Fundación Robert A. Welch financiaron el trabajo.
