Un hallazgo incomprensible: Nanotecnología en la Antigua Roma y la copa de Licurgo

Básicamente consisten en estructuras ópticas que manipulan la propagación de la luz a través de un medio. Un tipo de material que recién ahora, en el siglo XXI estamos comprendiendo su potencial. Tanto para Fiorenzo Omenetto como para Giulia Guidetti, ambos profesores de ingeniería de la Universidad de Tufts Silklab y expertos en ciencia de materiales, es un descubrimiento insólito. «Es realmente notable que tengas vidrio que ha estado en el barro durante dos milenios y termines con algo que es un ejemplo de libro de texto de un componente nanofotónico», afirma Omenetto.

En una primera observación la peculiaridad de estos cristales está en que muestran colores iridiscentes, verdes, naranjas o azules y algunos reflejos dorados. El análisis químico del equipo fechó el fragmento de vidrio entre el siglo I a.C. y el siglo I d.C.

El descubrimiento fue puramente accidental, durante una visita al Instituto Italiano de Tecnología, un fragmento de vidrio llamó la atención de los investigadores por el mosaico de colores que mostraba. Se trata de un cristal que refleja y filtra la luz a nivel subatómico de una manera determinada generando en ese proceso unos efectos ópticos singulares. Para conseguirlo hoy en día es necesario alcanzar un sistema muy refinado de elaboración. De forma natural ejemplos de este tipo podemos encontrarlos en las escamas de los peces, que cambian los colores, en las alas de las mariposas o en el colorido plumaje de los pavos reales.

Omenetto y Guidetti, en su estudio publicado en Proceedings de la Academia Nacional de Ciencias EE. UU. (PNAS), informaron sobre las estructuras atómicas y minerales únicas que se formaron a partir de los componentes minerales y de silicato originales del vidrio. Se reorganizaron por el pH del entorno circundante y los niveles cambiantes del agua del suelo, durante miles de años. Generando estos cristales fotónicos avanzados.

Y un análisis químico del vidrio además, mostró que en su superficie había una pátina que reflejaba la luz como un espejo dorado. Esto es así porque está compuesta de «pilas de Bragg», que son capas alternas de sílice de alta y baja densidad que reflejan diferentes longitudes de onda, dando lugar a ese efecto dorado.

Para explicar el origen de estos cristales los investigadores sugieren un posible mecanismo que se desarrolló pacientemente durante siglos mediante un sumatorio de ingredientes fortuitos, por así decirlo. «Es probable que se trate de un proceso de corrosión y reconstrucción», apunta Guidetti en el estudio. «La arcilla circundante y la lluvia determinaron la difusión de minerales y una corrosión cíclica de la sílice en el vidrio. Al mismo tiempo, el ensamblaje de capas de 100 nanómetros de espesor que combinan sílice y minerales también se produjo en ciclos. El resultado es una disposición increíblemente ordenada de cientos de capas de material cristalino».

Hoy en día estos cristales tienen múltiples aplicaciones en tecnología de vanguardia, que van desde la computación, con dispositivos para comunicaciones ópticas con el transporte de información a alta velocidad, en láseres o en medicina, para el transporte de medicamentos o en aplicaciones militares, entre otras. Pero la pregunta que se resiste a ser resuelta sigue siendo cómo han podido encontrarse este tipo de materiales en este contexto. Es algo que aún tiene que investigarse más detenidamente.

No obstante, este descubrimiento abre la posibilidad de obtener cristales fotónicos de una forma distinta a como se venía haciendo. Desde el punto de vista científico sería interesante conseguir reproducir la combinación de factores que dio lugar a estos cristales. Omenetto afirma que si pudiéramos acelerar significativamente el proceso en el laboratorio, podríamos encontrar una manera de cultivar materiales ópticos en lugar de fabricarlos».

A este hallazgo de cristales fotónicos le antecede otro ejemplo que ya atrajo especial atención, la copa de Licurgo. Una pieza que resguarda el British Museum y que ha seguido intrigando a los científicos a lo largo de décadas. A medida que el desarrollo de la tecnología permitió estudiarlo de forma más detallada fue dando lugar a nuevos titulares.

En este caso los investigadores se dividen entre los que han achacado la presencia de cristales fotónicos a una combinación de elementos del entorno con los restos antiguos, frente a los que hablan de una gran destreza de los antiguos artesanos romanos, aún hoy difícil de explicar.

La copa de Licurgo data del siglo IV, y muestra la muerte del rey Licurgo que era enemigo del dios griego del vino. Los escritos modernos que hacen referencia a ella son de 1845. Pero fue en los años 50 del siglo XX cuando se dieron los pasos más significativos para entender este hallazgo excepcional. David Benjamín Harden, fue uno de los primeros en examinarla y la describió como «la pieza de vidrio más espectacular de ese período que conocemos». Según cómo incide la luz sobre ella muestra un espectro de colores que van del gris verdoso al rojo translúcido.

Pero fue en los noventa gracias al uso del microscopio electrónico de transmisión lo que dejó al descubierto pequeñas partículas de metales mezcladas en el cristal, llamadas nanopartículas. Principalmente de oro y plata con diámetros que van de 50 nanómetros a 100 nanómetros, es decir, mil veces más pequeñas que un grano de sal.

Hablamos de una pericia que parece imposible para la época, de ahí que este hallazgo generase una ola de escepticismo que explicaba que en la fabricación hubo en realidad una «contaminación» accidental con polvo de oro y plata.

No obstante, otros refutan a esta idea que no basta simplemente con mezclar oro y plata para conseguir los llamativos cambios de colores, sino que se requiere de una mezcla muy exacta y controlada, en el que las partículas tienen que ser del mismo tamaño. En cambio, un mero resultado fortuito implicaría partículas de tamaños diferentes, que a su vez estarían mezcladas con otros materiales.

Los investigadores de la copa de Licurgo del estudio concluyeron que «la nanotecnología romana era una técnica demasiado complicada para perdurar». Pero aún así no se ha resuelto en qué pudo realmente consistir esta minuciosa labor en el que los artesanos de la Antigua Roma mostraron ser unos verdaderos maestros.