La biomimética es la ciencia que estudia cómo la naturaleza resuelve los problemas a los que se enfrenta, aplicando sus resultados para definir soluciones a los problemas humanos, bien sea en forma de principios biológicos o con el uso de biomateriales.
Se inspira en los diseños, procesos y sistemas naturales que nos permiten
desarrollar soluciones innovadoras como las que la naturaleza, ha ido desarrollando des hace casi 4.000 millones de años en un proceso de variedad y selección que persigue únicamente la eficiencia (hacer más con menos) y la eficacia (hacerlo bien). Innovando, muchas especies han desarrollado avances competitivos en su entorno. Ahora nos toca a nosotros inspirarnos en ellas para dar respuesta a nuestros retos.
Si analizamos una tela de araña, comprobamos que está diseñada naturalmente para resistir tensiones cinco veces superiores a las que resiste el acero. Si intentamos despegar un mejillón de la roca en la que vive, podemos maravillarnos de la resistencia al despegue de las resinas elásticas que le proporcionan esa desmesurada adherencia en ambiente húmedo.
La eficiencia del diseño con el que las abejas construyen sus panales, permite que sus característicos hexágonos puedan almacenar la mayor cantidad de miel posible con el mínimo gasto de cera.
Conclusión: los ecosistemas están preparados para ser autosuficientes, equilibrados y disponer de gran capacidad de coordinación y de recuperación tras graves perturbaciones.
Por eso merece la pena fijarse en la Naturaleza para aprender cómo las diferentes especies han afrontado sus retos en la lucha por desarrollar una ventaja competitiva, analizar las claves de su éxito y utilizar este conocimiento como fuente de inspiración para desarrollar soluciones innovadoras.
La clave está en la capacidad de colaborar desde la variabilidad y la interdependencia. Imitar lo bueno de la naturaleza, implica imponer como prioridad a la hora de fabricar algo el ahorro de energía, la reducción de los costes accesorios y del tiempo necesario para tener el producto acabado.
Y en ello estamos o deberíamos de estar. Como ejemplos de lo que ya se ha conseguido en este campo, destaca la imitación de los nidos de termitas para construir edificios que consumen un 70% de energía menos que los convencionales. O el polémico traje de baño ‘Fatskin FSII de Speedo’ que imita el gramaje variable de la piel hidrofóbica del tiburón, disminuyendo el rozamiento, aumentando la velocidad y reduciendo el esfuerzo.
Vamos a lo nuestro, que es la gestión seductora futura del agua. ¿Se puede aplicar la biomimética para mejorar la gestión del agua? Este es el gran reto en el que muchos investigadores y creativos están trabajando desde hace tiempo.
Playa de la Carihuela Torremolinos
Los manglares no son solo arbustos situados en terrenos cercanos al mar que una vez talados sirven para construir hoteles e instalaciones de ocio playero. También, si no se talan, pueden ser auténticas desalinizadoras naturales, que eliminan las sales del agua marina a través de las raíces de los mangles que los pueblan. Como también ocurre en el riñón humano, las raíces de mangle filtran a baja presión el agua salina para dulcificarla. La Universidad Nacional de Singapur se ha inspirado en este proceso natural para diseñar una membrana biomimética que puede purificar el agua a baja presión, reduciendo los costes de energéticos hasta en un 30 por ciento.
El gran reto de las técnicas de desalinización por ósmosis inversa es el reducir los altos costos energéticos necesarios para que las actuales membranas hagan bien su trabajo. Y para ello es imprescindible reducir las elevadas presiones que se necesitan para hacer pasar las moléculas de agua bruta a través de las membranas. Los investigadores han diseñado y fabricado una membrana biomimética con acuaporina incorporada.
¿Acuaporinas?: Son proteínas que forman poros en las membranas celulares, a través de los cuales se mueve el agua por ósmosis, en respuesta a las diferencias existentes en las concentraciones de agua en ambos lados de las membranas. Hasta el momento se han encontrado en todas las especies de plantas en las cuales se han buscado. A diferencia de animales, hongos y bacterias, las plantas tienen una gran cantidad de acuaporinas. Y en nuestros riñones también disponemos de estos canales para transportar agua.
El agua, indispensable para el crecimiento y desarrollo de las plantas, disuelve los iones y moléculas del interior de las células, participa en procesos metabólicos como la fotosíntesis y la respiración celular, y controla el volumen de las células. Para que pueda llegar al interior de las células, solo tiene dos caminos: o por difusión simple a través de la bicapa lipídica que forma la membrana, o por difusión facilitada, asistida por las acuaporinas. El transporte en el primer caso es siempre lento y en reducidas cantidades, por ser la bicapa lipídica repelente del agua. Pero en el segundo caso, es rápido y en grandes cantidades, y puede ser controlados por las células que usan a las acuaporinas como medio de transporte.
Con la presencia de acuaporina, la planta de mangle que se ha adaptado para sobrevivir en agua salada, es capaz de filtrar entre 90 y 95 por ciento de la sal en sus raíces, mientras que el riñón humano es capaz de purificar hasta 150 litros de agua al día.
Pues bien, la membrana diseñada por los científicos de Singapur lleva acuoporinas para que éstas conduzcan selectivamente las moléculas de agua dentro y fuera de las células, impidiendo el paso de iones y otros solutos y permitiendo que un alto volumen de las moléculas de agua pase a través de una pequeña área de la superficie a presiones muy bajas, impidiendo el paso de “impurezas” como la sal. Han imitado a las membranas biológicas y han tenido éxito en la colocación de las proteínas acuaporina en membranas de polímero para que actúen como canales que permiten que el agua discurra por ellos muy rápidamente, a bajas presiones y por consiguiente, con un reducido consumo energético.
El resultado obtenido es esperanzador, porque la nueva membrana tiene una alta resistencia mecánica y gran estabilidad durante el proceso de filtración, a diferencia de las membranas convencionales que tienden a ser bastante frágiles y duran poco. Pueden aplicarse por ello en las plantas desalobradoras, desalinizadoras y potabilizadoras que utilicen tecnología de membranas de ósmosis inversa, reduciendo el coste energético del proceso.
Ahora se trata de encontrar sinergias con empresas que permitan desarrollar una planta piloto a escala reducida, que garantice la viabilidad de las membranas en un período de pruebas que durará unos dos años.
Además, estas mebranas tienen aplicación en los dispositivos portátiles de diálisis renal, que podrían trabajar en el futuro sin adsorbentes (la adsorción es un proceso donde un sólido se utiliza para eliminar una sustancia soluble del agua) y ser de un tamaño mucho más compacto.
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