Biomimética: los cactus nos enseñan a obtener agua del aire

Probablemente creciste pensando que las espinas de los cactus tenían la finalidad de protegerlos de depredadores. Sin embargo, se trata más bien de un mito muy extendido. En realidad, su principal función es retener el agua de la planta y protegerla de la radiación solar. De hecho, en climas más benignos muchos cactus carecen de espinas o son menos tupidas. Por un lado, las espinas evitan la circulación del aire para prevenir pérdidas de humedad y conducen el vapor atmosférico hasta la planta y, por otro, cambian de orientación para protegerla cuando el sol aprieta.  

Aclarado este malentendido, pasemos a la tecnología desarrollada por Julia R. Greer, directora del Kavli Nanoscience Institute. Se trata de una membrana capaz de evaporar y purificar agua durante el día y capturarla durante la noche. Y todo gracias a un diseño bioinspirado o biomimético a partir de las espinas de los cactus.

Capturar agua del aire

Ya hemos hablado con anterioridad de sistemas de captura de agua atmosférica. Se trata fundamentalmente de aprovechar la condensación de la humedad ambiental. En el caso del nuevo nanomaterial, se utiliza una serie de microestructuras que, contempladas bajo el microscopio, parecen arbolitos de navidad. Estos “microárboles”, tal como los ha bautizado, son estructuras hidrofílicas que atraen microgotas de agua. El diseño permite que estas gotas fluyan hacia abajo y formen gotas de mayor tamaño. El material de partida es un composite llamado PVA/PPy, que es un hidrogel flexible e inocuo.

Tras inspirarse inicialmente en la morfología de las espinas de los cactus, la Dra. Greer afinó la densidad de las estructuras junto con otros investigadores. Para ello se sirvieron de un sistema de modelado informático que les permitió encontrar el tamaño, la forma y la distribución óptima de estos nanobosques. Las pruebas, llevadas a cabo de noche con muestras del material de entre 55 y 125 cm cuadrados, lograron capturar hasta 35 mm de agua a partir de la humedad ambiental.        

Agua a partir de vapor solar   

Sin embargo, esta innovadora tecnología no solo permite capturar agua atmosférica. La Dra. Greer ha logrado integrar otra funcionalidad en el mismo dispositivo. Como es sabido, otra de las técnicas para obtener agua dulce es por medio de la evaporación como puedes leer aquí. Así, los desarrolladores de esta tecnología han impreso el hidrogel sobre una fina membrana que se coloca con una cubierta transparente.

A lo largo del día, la membrana absorbe el calor solar y calienta el agua hasta evaporarla. A continuación, el agua evaporada se condensa en la cubierta superior. Al llegar la noche, la cubierta transparente se retira dejando al descubierto el hidrogel.  Este sistema les ha permitido recolectar hasta 125 mm de agua a partir de vapor solar.

Los resultados se han publicado en Nature Communications bajo el título de All-day Fresh Water Harvesting by Microstructured Hydrogel Membranes (Recolección de agua a lo largo de todo el día por medio de membranas de hidrogel microestructurado).

Purificar agua y limpiar vertidos petrolíferos

La condensación de agua atmosférica no es la única idea que han inspirado los cactus. Hace pocos años, un grupo de investigadores chinos utilizó la estructura de sus espinas con otro objetivo. En este caso, diseñaron unas finas agujas de cobre con una forma cónica, capaces de separar gotas de aceite del agua. El principio es parecido, aunque en este caso se trata de transportar microgotas de petróleo a la base de una membrana.  

Este proyecto tecnológico guarda varias similitudes con el de la Dra. Greer. Por un lado, los científicos se inspiraron en la forma en que el cactus Opuntia microdasys “cosecha” el agua del aire. Por otro lado, también publicaron los resultados de este diseño bionspirado en Nature Communications.

Estas tecnologías procedentes de las estructuras de los cactus son un ejemplo más de biomimética. Esta disciplina ha alumbrado numerosas invenciones, desde el tren bala que imita el pico del martín pescador hasta sistemas de desalinización basados en el comportamiento de las raíces o el cemento de gran dureza que imita los exoesqueletos de crustáceos y escarabajos.  

Fuente: Water World, https://www.bbc.com/mundo/noticias/2013/08/130807_ciencia_cactus_puas_biomimesis_limpieza_agua_np