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miércoles, septiembre 28, 2022
 

La biomimética desata la innovación en biomateriales

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A principios de diciembre, la compañía californiana Bolt Threads, lanzó su último producto, un gorro de lana. Diseñado por su subsidiaria Best Made, el «Cap of Courage» -así bautizado-  se parece a cualquier gorro de invierno. Sin embargo, lo que lo convierte en único es la combinación de lana con una seda de araña elaborada con levaduras modificadas genéticamente que, al fermentar, generan proteínas capaces de ser hiladas en una fibra. La compañía dice que el material hace que el sombrero sea «suave pero duradero».

Dan Widmaier, director ejecutivo y fundador de Bolt Threads, cree que replicar materiales hechos en la naturaleza dará rienda suelta a una ola de innovación. «En este momento, lo que ves es seda de araña», dice. «Pero en realidad estamos apreciando la gran variedad de cosas que la naturaleza hace posible».

Sin embargo, si bien copiar la naturaleza en biomiméticos o biomimesis, como se lo conoce, ha sido posible a escala de laboratorio, el desafío será tomar los prototipos y fabricarlos a escala.

Además de imitar materiales naturales, también se está trabajando para replicar la función de los tejidos humanos. En la universidad de Oxford, por ejemplo, Vanessa Restrepo-Schild, estudiante de doctorado e investigadora, lidera el desarrollo de una retina sintética que imita los procesos naturales de la retina humana.

La retina sintética consiste en una membrana celular que contiene gotas acuosas. «Dentro de esas gotas, se agregan los componentes biológicos mínimos necesarios para detectar la luz y generar una señal eléctrica», explica.

Si bien todavía se encuentra en las primeras etapas de desarrollo, la retina algún día podría permitir que las personas con degeneración retiniana recuperen la vista. Los materiales naturales y biodegradables de la retina sintética lo harían menos invasivo que otros implantes y menos propenso a desencadenar una reacción adversa.

Además, la retina sintética podría incluso superar la versión humana. «No necesitamos estar restringidos por los colores que los humanos normalmente detectan», dice la Dra. Restrepo-Schild. «Podríamos incorporar proteínas que podrían detectar más colores».

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Al igual que con la retina sintética, los materiales producidos al copiar la naturaleza podrían tener capacidades mejoradas. Esto se debe a la forma en que la naturaleza combina el limitado paladar de recursos que utiliza. Aunque individualmente, los componentes que utiliza pueden ser débiles, tienen una gran resistencia, al igual que los materiales compuestos.

Un ejemplo es el nácar, o madreperla, donde un biopolímero une pequeñas placas de carbonato de calcio.

«Eso es una tiza de pizarrón, un material poco resistente», dice Robert Ritchie, profesor de ciencia de los materiales e ingeniería en la Universidad de California, Berkeley. «Pero cuando la naturaleza crea esta estructura, la dureza resultante medida en la energía necesaria para romperla puede ser 2.000 veces mayor que sus componentes individuales».

La biomimética desata la innovación en biomateriales
La quitina extraída de las cáscaras de camarón se puede utilizar para reemplazar el plástico

Otro ejemplo es Shrilk, desarrollado por Javier Fernández y un equipo de científicos, mientras el profesor Fernández estaba en el Instituto Wyss de Ingeniería Biológica en la Universidad de Harvard. Utilizando quitina, extraída de las cáscaras de camarón, Shrilk tiene la fuerza y ​​la dureza de la aleación de aluminio, pero a la mitad de su peso.

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El material biodegradable, que replica la resistencia, la tenacidad y la versatilidad de las cutículas de insectos, podría reemplazar los plásticos en productos de consumo y utilizarse en aplicaciones para el cuidado de la salud. Y dado que la quitina es un producto del descarte del camarón, Shrilk puede producirse a muy bajo costo.

Lo que entusiasma a muchos de los que buscan inspiración en la naturaleza es el potencial para reducir la dependencia de los recursos naturales y crear materiales más sostenibles desde el punto de vista ambiental.

«La naturaleza causa un daño mínimo al medio ambiente», dice Andrew Parker, fundador y director ejecutivo de Lifescaped, una compañía que está utilizando ideas de la naturaleza para producir nuevos productos comerciales. «Tenemos que entender por qué es eso y tratar de copiar eso; ese es el verdadero desafió».

Mientras la producción actual implica considerar todo los aspectos, desde el consumo de energía y sustancias químicas hasta los complejos sistemas logísticos implicados en las cadenas de suministro globales, la naturaleza lo hace todo de forma local. «La naturaleza necesita trabajar con componentes que abundan en todas partes», dice el profesor Fernández. «La única forma de hacerlo es organizar esos componentes de la manera más eficiente posible».

Replicar esa eficiencia podría resultar en materiales que necesitan muy poca energía para fabricarse. «Usamos altas temperaturas para fundir aleaciones mientras que la naturaleza utiliza prácticamente la temperatura ambiente», dice el profesor Ritchie.

Si bien los avances se vienen dando en la comprensión y la replicación de la manera en que la naturaleza crea los materiales, sin embargo, desarrollarlos para que puedan ser producidos comercialmente será más difícil de lograr.

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Aunque la fabricación por adición, o la impresión 3D podrían ayudar, estas máquinas necesitan ser más sofisticadas.

«Muchas de las cosas que hemos identificado que tienen aplicaciones provenientes de la naturaleza involucran unidades que son muy pequeñas, menos del grosor de un cabello humano», dice Parker.

«Hay impresoras 3D que pueden imprimirlas, pero no son lo suficientemente precisas y sería demasiado costoso hacerlo a gran escala».

Además, desarrollar y comercializar los materiales compuestos en uso en la actualidad ha llevado décadas, dice el profesor Ritchie, citando los materiales compuestos ligeros que ahora se usan en el avión Boeing 787.

Sin embargo, el profesor Fernández sostiene que es probable que se acelere el progreso en el desarrollo de la biomimética. «Los materiales naturales nos trasladarán a una nueva era», dice. «Creo que vamos a ver cambios realmente grandes en 15 o 20 años».

 
 
 
 
 
 
 

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