El orden microscópico que define nuestro mundo macroscópico | Karlis Agris Gross | TEDxRiga

Esta charla es de un evento TEDx, organizado de manera independiente de las conferencias TED. Más información en: http://ted.com/tedx

La composición de cualquier objeto revela solo una parte de su secreto. El resto depende de la disposición a nivel macro, micro y nano. El profesor Gross nos muestra cómo la disposición es esencial para un rendimiento óptimo, ya sea de los componentes de productos técnicos que mejoran la vida, o de los detalles de los ingredientes de tu tratamiento de verano favorito. Su pasión por los cristales nos acerca a los avances en el desarrollo de materiales sintéticos para implantes óseos.

Karlis Agris Gross es un ingeniero de materiales que ha dedicado su carrera al desarrollo de materiales ortopédicos. Su visión del cosmos a escala micro y nano le permite considerar cómo la disposición de los materiales puede mejorar el rendimiento, tanto de los componentes ortopédicos como del helado, su pasión no tan secreta.

¿Alguna vez han pensado en la
composición de una manzana?

No.

Miren a la persona que está a su lado:
¿de qué está hecha?

Más o menos de los mismos elementos.

Pero es la manera
en la que están dispuestos

la que marca la diferencia;
el orden es único.

Soy un ingeniero de materiales,
educado en Australia,

y miro materiales, observo
los detalles de los materiales;

miro la composición; miro el montaje.

El montaje es importante.

Ya saben el dicho "Los diamantes
son los mejores amigos de una chica".

Bien, pues para un ingeniero de materiales
los cristales son los mejores amigos.

En los cristales la naturaleza
expresa orden.

Los cristales son importantes
en nuestra vida diaria.

Piensen en dónde vemos los cristales.

Cada uno de nosotros lleva cristales.

Un ejemplo es el teléfono móvil:
el cristal de silicio.

Otro: los abrasivos
para mecanizar componentes.

Hemos experimentado
un cristal sencillo cuando volábamos.

Realmente podemos agradecer tenerlos:

están en las palas de la turbina
del avión a reacción.

Hay cristales por todas partes.

También hay cristales en el helado.

Hace 20 años, entré en el mundo
de la gastronomía.

Ahí es donde vi la importancia del orden:

en el helado.

Llevé la ciencia a la cocina.

Como ingenieros, siempre intentamos ver
cómo podemos aplicar lo que aprendemos.

Así que quiero compartir
mi descubrimiento con Uds.

sobre un gran regalo
donde la estructura es importante.

¿Han comido helado recientemente?

¿Cuántos de Uds. han pensado
en la estructura del helado?

Vale, tenemos un par de personas allí.

Bien, postres helados,

la composición puede ser parecida,

pero la estructura es diferente.

Hay dos extremos.

Está el Ben & Jerry's;
¿a quién le gusta el Ben & Jerry's?

Ben & Jerry's por un lado.

En el medio, tenemos los helados
de los supermercados.

Y al final,

no pude resistirme, tenía
que hacer mi propio helado.

(Risas)

Así que pongo eso ahí también.

Entonces quiero señalar
la importancia de la estructura.

Así que, en el primer escenario,
tenemos el helado de Ben & Jerry's.

Está lleno de ingredientes excelentes
--nata, azúcar, huevos--

tiene un gran sabor y muy abundante.

Es denso; es duro; es rico;
es difícil de sacar.

Por eso hay un tipo diferente
de cuchara para servir.

Tiene un 17 % de grasa; ya les dije
que está lleno de lo mejor.

(Risas)

También tiene muchos añadidos:
frutos, chocolates, galletas, salsas;

realmente tiran la casa por la ventana
con este helado.

Hay muy poca estructura dentro,
así que dejémoslo de lado por un momento.

El siguiente es el helado de supermercado.

El helado de supermercado
tiene más estructura.

Es más sencillo;
más fácil de comer; más blando,

La mitad está compuesta de aire.

El aire está incorporado
dentro del helado.

El aire, sin embargo, diluye el sabor.

y es por eso que muy comúnmente
usan algún tipo de agente aromatizante.

Y entonces tienen ingredientes de
menor calidad, pero tienen la estructura.

Y el último, donde tienen
la estructura, es el helado.

Helado... lleno de sabor,
lleno de estructura.

Esto completa su experiencia gastronómica.

Podría olerlo desde aquí;
es como saltar fuera del cubo.

Y siempre quieren poner muchos más
ingredientes naturales dentro.

Así que los ingredientes naturales
se quedan en la boca

y pueden degustar su sabor

entre cinco o diez segundos
después de derretido en la boca.

Tiene menos grasa,

entonces, si fuera un helado a base de
nata, tendría típicamente un 7 % de grasa.

Así que la estructura tiene menos aire,
es blando y se derrite en su boca.

Miren qué fácil se coge.

No.

No tengo mi cucurucho.

Bien, está abajo, abajo.

Pero hay más para optimizar:

los cristales.

Aquí es donde podemos pensar
en la forma de los cristales.

Podemos usar cristales
para hacer objetos más grandes.

El montaje de esos cristales define
las propiedades del producto final.

En el laboratorio de la universidad
yo hago materiales sintéticos.

En realidad, cultivo cristales...

cultivo cristales
con una cierta composición.

y busco hacer ciertos cristales que
puedan integrarse bien con un hueso.

El hueso es un montaje natural
de materiales,

y está estructurado
para mejorar las propiedades.

Puede que se sorprendan, pero
el hueso también contiene cristales.

Son cristales largos;
que están ensamblados con colágeno,

y que proporcionan
unas buenas propiedades mecánicas.

El poder está oculto en cómo se unen.

Y no es un montaje sencillo.

Los cristales se juntan
en diferentes niveles de orden.

Entonces podemos ver que a la izquierda
tenemos estos pequeños cristales grises.

Están todos orientados; están alineados,

y están interespaciados
con moléculas de colágeno.

Así que este es el componente básico.

Uds. tienen muchos de estos
juntos dentro de las fibrillas;

las fibrillas están dentro del cilindro,
y eso crea una fibra.

Así que pueden ver el orden
a medida que se construye.

Estas fibras se colocan en capas;

pueden ver la orientación
de las fibras en las diferentes capas.

Y es esta disposición,

este orden el que proporciona
unas propiedades mecánicas increíbles.

Piensen en los recién nacidos:

ellos pueden caerse muy libremente;
y sus huesos no se rompen.

Tienen unos huesos muy, muy duros.

Así que el orden también es importante
en los materiales sintéticos.

Nosotros sintetizamos cristales.

Se pueden hacer revestimientos,

y los revestimientos
se colocan en prótesis de cadera.

Comercialmente, este tipo
de prótesis están disponibles.

Es bueno
que la composición de hueso y cristal

simule lo que ya está en la naturaleza,
así que ya es biocompatible.

Funciona bien en la prótesis
y se integra con el hueso.

Pero, hay un problema: los cristales
dentro están orientados aleatoriamente.

El hueso crece
hasta la superficie de la prótesis,

y entonces la prótesis
se integra en el hueso,

pero se puede hacer mucho más.

Podemos controlar
la forma de los cristales.

Pueden ver que este
es un cristal hexagonal largo.

También podemos
alinear juntos esos cristales

más o menos como el orden
que vimos dentro del hueso,

y luego podemos poner estos cristales
en un recubrimiento en la prótesis.

Mi equipo ha pasado unos 10 años

buscando el orden correcto
dentro de estos cristales de hueso.

Entonces el cristal de hueso contiene
iones de calcio, fosfato, e hidroxilo,

las mismas moléculas
que encontramos en nuestro helado.

Estas moléculas

tienen polos eléctricos, así que
pueden compararse con una batería.

En un extremo, donde tienen el hidroxilo,
tienen la carga positiva;

en el otro extremo,
donde tienen el oxígeno,

tienen la carga negativa.

Estos están dispuestos típicamente
al azar dentro del recubrimiento.

Pero ¿podemos colocarlos nosotros?
¿podemos introducir un orden?

Veámoslo en un ejemplo de un coro.

¡Aquí lo tienen!

Están todos organizados;
están todos mirando al director.

Sabemos que podemos
esperar un buen resultado.

Si estuvieran mirando en su dirección,

entonces estaría bastante desorganizado.

Pero como están mirando
todos hacia el director,

obtienen el mayor volumen,
y el mejor efecto acústico.

De forma parecida,

volviendo a nuestros iones hidroxilos,

podemos pensar en organizar
estos iones hidroxilos

dentro de la estructura de cristal.

Así que si podemos organizar
todos estos iones hidroxilos,

si echan un vistazo a la derecha,

pueden ver un lado superior positivo,
y uno inferior negativo,

luego pueden introducir
una carga eléctrica

al final del cristal...

en este caso,

en la superficie del revestimiento.

Y así de esa manera,
podemos mejorar las propiedades.

La investigación halló que las
células óseas crecen en estas superficies,

y el crecimiento óseo es mucho más activo.

Así que hemos aumentado
el valor del material

simplemente jugando con una carga.

Pero podemos hacer más
al alinear estos grupo hidroxilos.

Entonces podemos aumentar
el valor del material

por la forma del cristal,
la orientación de los cristales

y también por la orientación
de estos iones hidroxilos.

Así que podemos esperar vidas mejores
por estos implantes con valor añadido.

Mis colegas y yo esperamos ver
este futuro.

Así que les he mostrado cómo
los materiales impactan en nuestro cuerpo

en la comida, en los tejidos,
y también dentro de los implantes.

Así que el mensaje
que deben llevarse

es que no miren solo la composición,

sino el orden, el montaje y la estructura.

Bien, eso mejorará el rendimiento.

Gracias.

(Aplausos)