El cuchillo de madera endurecida es tres veces más afilado que el cuchillo de mesa.

La madera natural y el metal sirvieron como materiales de construcción humanos esenciales durante milenios. Los polímeros sintéticos que llamamos plásticos son un invento reciente, con una explosión en el siglo XX.

Tanto los metales como los plásticos poseen propiedades que son excelentes para usos industriales y comerciales. Los metales son fuertes, duros y, en general, resistentes al aire, el agua, el calor y el estrés sostenido. Pero, también requieren más recursos (lo que significa que son más caros) para producir y refinar en productos. Los plásticos ofrecen algo de la capacidad de los metales, requieren menos masa y son extremadamente baratos de producir. Sus propiedades se pueden adaptar para casi cualquier uso. Sin embargo, los plásticos comerciales baratos son materiales estructurales pésimos: los utensilios de plástico no son buenos y nadie quiere vivir en una casa de plástico. Además, generalmente se refinan a partir de combustibles fósiles.

La madera natural puede competir con el metal y el plástico en algunas aplicaciones. La mayoría de las casas familiares están construidas sobre marcos de madera. El problema es que la madera natural es demasiado blanda y se compromete con demasiada facilidad con el agua como para sustituir el plástico y el metal la mayor parte del tiempo. Un artículo publicado recientemente en la revista Matter explora la creación de un material de madera endurecida que supere estas limitaciones. La investigación culmina con la creación de cuchillos y clavos de madera. ¿Qué tan bueno es un cuchillo de madera? ¿Usarás uno pronto?

La estructura fibrosa de la madera se compone de aproximadamente un 50 por ciento de celulosa, un polímero natural que teóricamente posee buenas propiedades de resistencia en forma desnuda. La mitad restante de la estructura de la madera es principalmente lignina y hemicelulosa. Mientras que la celulosa forma fibras largas y resistentes que le dan a la madera la base de su fuerza natural, la hemicelulosa tiene una estructura poco coherente y, por lo tanto, no contribuye a la fuerza de la madera. La lignina llena los espacios entre las fibras de celulosa y realiza tareas útiles para la madera viva. Pero para los propósitos humanos de compactar la madera y unir más estrechamente sus fibras de celulosa, la lignina se interpone en el camino.

En este estudio, la madera natural se convierte en madera endurecida (HW) en cuatro pasos. Primero, la madera se hierve en hidróxido de sodio y sulfato de sodio para eliminar una fracción de la hemicelulosa y la lignina. Después de este tratamiento químico, la madera se densifica exprimiéndola en una prensa a temperatura ambiente durante varias horas. Esto reduce los espacios o poros naturales en la madera y mejora la unión química entre las fibras de celulosa vecinas. A continuación, la madera se prensa durante varias horas más a 105 °C (221 °F) para terminar de densificar y luego secar. Finalmente, la madera se sumerge en aceite mineral durante 48 horas, impartiendo resistencia al agua al producto terminado.

Una propiedad mecánica de un material estructural es la dureza de indentación, una medida de su capacidad para resistir la deformación cuando es presionado por una fuerza. El diamante es más duro que el acero, que es más duro que el oro, que es más duro que la madera, que es más duro que la espuma de embalaje. Entre una serie de pruebas de ingeniería para determinar la dureza, como la escala de Mohs para gemología, se encuentra la prueba de Brinell. Su concepto es simple: un cojinete de bolas de metal duro se presiona contra la superficie de prueba con una cierta cantidad de fuerza. Se mide el diámetro de la muesca circular creada por la bola. El número de dureza Brinell se calcula con una fórmula matemática; En términos generales, cuanto más grande es el agujero que hace la pelota, más suave es el material. El HW mide 23 veces más que la madera natural en esta prueba.

La mayoría de las maderas naturales sin tratar absorberán agua. Esto expande la madera y finalmente destruye sus propiedades estructurales. Los autores utilizan el remojo mineral de dos días para mejorar la resistencia al agua del HW, haciéndolo más hidrofóbico ("temeroso del agua"). Una prueba de hidrofobicidad es colocar una gota de agua sobre una superficie. Cuanto más hidrófoba sea la superficie, más parecida a una esfera se volverá la gota de agua. Por otro lado, una superficie hidrófila ("amante del agua") extenderá la gota plana (y posteriormente absorberá el agua mucho más fácilmente). Por lo tanto, el remojo mineral no solo aumenta drásticamente la hidrofobicidad del HW, sino que evita que la madera absorba agua.

¿Para qué se puede usar la madera endurecida? Los autores crean dos objetos HW: cuchillos y clavos.

En algunas pruebas de ingeniería, los cuchillos HW funcionan ligeramente mejor que los cuchillos de metal. Los autores afirman que el cuchillo HW es unas tres veces más afilado que los cuchillos disponibles comercialmente. Pero, hay una advertencia a este interesante resultado. Los investigadores estaban comparando cuchillos de mesa, o lo que podríamos llamar cuchillos para mantequilla. Esos no están destinados a ser particularmente afilados. Los autores muestran un video de su cuchillo cortando un bistec, pero un adulto razonablemente fuerte probablemente podría cortar el mismo bistec con el lado desafilado de un tenedor de metal, y un cuchillo para bistec funcionaría mucho mejor.

¿Qué tal el clavo? Aparentemente, un clavo HW se puede martillar en una pila de tres tablas sin demasiados problemas, aunque la relativa facilidad en comparación con un clavo de hierro no se describe con detalle. El clavo de madera puede entonces mantener juntas las tablas contra una fuerza que las desgarra con aproximadamente la misma tenacidad que un clavo de hierro. Sin embargo, en sus pruebas, las tablas fallan en ambos casos antes de que falle cualquiera de los clavos, por lo que no se revela el clavo más fuerte.

¿El clavo HW es mejor de alguna otra manera? El clavo de madera es más liviano, pero el peso de una estructura no es impulsado principalmente por la masa de los clavos que la mantienen unida. El clavo de madera será impermeable al óxido. Sin embargo, no será impermeable a la absorción de agua oa la descomposición biológica.

Sin duda, los autores han desarrollado un proceso para crear madera que es sustancialmente más fuerte que su contraparte natural. Sin embargo, la utilidad de HW para cualquier trabajo en particular requerirá más estudio. ¿Se puede fabricar tan barato y con tan pocos recursos como el plástico? ¿Puede competir con un objeto de metal más fuerte, más atractivo e infinitamente reutilizable? Su investigación plantea preguntas interesantes. La ingeniería continua (y eventualmente el mercado) les responderá.