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La naturaleza: esa gran docente de diseño y productora de prototipos

Entre el cincel y el gen, entre la máquina y el organismo, entre el ensamblaje industrial y el crecimiento biólogico está el trabajo de la investigadora Neri Oxman. Sus desarrollos pioneros en el MIT, implican la simbiosis entre microorganismos, nuestros cuerpos y nuestras creaciones. En esta nota explicamos de qué se tratan estas investigaciones y su importancia para el ambiente.


La arquitecta y diseñadora Neri Oxman lidera la búsqueda de formas en que las tecnologías de fabricación digital puedan interactuar con el mundo biológico. Para ello trabaja en la intersección de diferentes campos como el diseño computacional, la fabricación aditiva, la biología sintética y la ingeniería de materiales. La visión de Oxman borra toda frontera entre ciencia, diseño y arte.

Desde la microescala bacteriana hasta la gran escala de construcciones edilicias, Neri Oxman imagina, diseña y crea estructuras y objetos inspirados por, para y con la naturaleza. Todos sus diseños están orientados a lograr una transición de modelos de producción contaminante hacia modelos menos dañinos con el entorno.

Por estos trabajos que incluyen el uso de biopolímeros derivados de árboles, crustáceos y manzanas como alternativas al uso de plásticos, entre muchas otras innovaciones, Oxman ha sido calificada como la versión contemporánea de Leonardo da Vinci.

Dos cúpulas gemelas, dos culturas de diseño radicalmente opuestas

cupulas

 

  • La cúpula de la izquierda está hecha de miles de piezas de acero; la de la derecha, de hilos de seda.
  • Una de ellas es sintética; la otra, orgánica.
  • Una se impone sobre el medio ambiente; la otra lo crea.
  • Una está diseñada por el ser humano; la otra, por gusanos de seda.
dos

 

Miguel Ángel dijo que cuando él observó por primera vez un bloque de mármol en bruto, sintió que ahí había una figura que luchaba por ser libre. El cincel era la única herramienta de Miguel Ángel. Pero los seres vivos no están cincelados, ellos crecen. Y en las unidades más pequeñas de la vida, las células, está contenida toda la información necesaria para que cada célula funcione y se replique.

El uso de las herramientas también tiene consecuencias. Al menos desde la Revolución Industrial, el mundo del diseño ha sido dominado por los rigores de la fabricación y producción en masa. Las líneas de montaje han dictado un mundo hecho de partes, encorsetando la imaginación de diseñadores y arquitectos entrenados para pensar sus objetos como ensamblajes de piezas con funciones distintas.

 

auto

 

Entre Henry Ford y Charles Darwin

Oxman, señala, que en la naturaleza no se encuentran ensamblajes de material homogéneo. Si pensamos en la piel humana, por ejemplo, nuestras pieles faciales son delgadas con poros dilatados, mientras que las pieles de las espaldas son más gruesas con pequeños poros. Las pieles del rostro actúan principalmente como filtro, mientras que las de las espaldas lo hacen como barrera, y, sin embargo, es la misma piel: no hay partes, no hay ensamblajes. Es un sistema que varía gradualmente su funcionalidad mediante la variación de la elasticidad.

 

piel

 

Para la investigadora, vivimos en un mundo dividido en dos visiones: cada diseñador y arquitecto trabaja entre el cincel y el gen, entre la máquina y el organismo, entre el ensamblaje y el crecimiento, entre Henry Ford y Charles Darwin. El trabajo de Oxman, según sus propias palabras, trata de unir estas dos visiones del mundo, alejándose del ensamblaje y acercándose al crecimiento.

¿Por qué ahora? ¿Por qué no se podía ni siquiera pensar en algo así hace 10 o incluso 5 años? Vivimos en un momento muy especial en la historia, un tiempo donde confluyen cuatro disciplinas que ofrecen a los creadores y diseñadores acceso a herramientas impensadas un tiempo atrás. Estos campos son:

  • diseño computacional, que permite diseñar formas complejas con código simple;
  • fabricación aditiva, que hace posible producir partes mediante la adición o agregado de material;
  • ingeniería de materiales, que permite diseñar el comportamiento de los materiales y manipular sus propiedades;
  • biología sintética, que permite diseñar una nueva funcionalidad biológica editando el material genético del ADN.

En la intersección de estos cuatro campos, el equipo de investigadores liderado por Oxman -con base en el mítico Media Lab del MIT- diseña objetos, productos, estructuras y herramientas en diferentes escalas. De las herramientas diseñadas a gran escala está como ejemplo el brazo robótico de la foto, con un alcance de 24 metros de diámetro y una base vehicular que algún día no muy lejano imprimirá edificios enteros. Abarcando todo el espectro de tamaños, Oxman y colaboradores, también realizan diseños a nanoescala o niveles microscópicos utilizando microorganismos genéticamente modificados.

 

robot

 

Pollera celular de una sola pieza

En otro de los proyectos del laboratorio, Oxman y su equipo exploraron la posibilidad de crear una capa y una falda. Querían diseñar una vestimenta como si fuese la piel, hecha de una sola pieza con diferentes propiedades; por ejemplo, rígida en los contornos pero flexible alrededor de la cintura. Así imprimieron esta capa y falda 3D, sin costuras entre las células.

 

piel

 

En esta línea de impresión de una sola pieza, el equipo realizó numerosos objetos de diferentes tamaños combinando materiales rígidos y blandos hasta una resolución de 20 micrómetros, es decir, del grosor de un cabello humano. Trabajar a esta resolución y con instrumentos sintéticos, permite crear productos que se adapten no solo a la forma de nuestros cuerpos, sino también a la estructura fisiológica de nuestros tejidos.

Oxman también diseñó una silla acústica, para ello se sumergió en la naturaleza con el objetivo de relevar datos sobre diversos tipos de superficies y sus características: formas, texturas, elasticidad, etc. En base a este inventario de datos recogidos, diseñó un prototipo de superficie irregular con 44 propiedades diferentes. Los colaboradores realizaron una impresión 3D multimaterial de este prototipo y obtuvieron una superficie que variaba en rigidez, opacidad, color y absorción del sonido. Ninguna otra tecnología de fabricación es capaz de proporcionar tal variedad de propiedades de los materiales en un solo proceso

Quienes tuvieron el privilegio de probar la silla acústica describieron la experiencia como el ingreso a un ambiente calmo para los oídos, descontracturante para los músculos y cómodo en cada parte del cuerpo. Como si la silla se adaptara al organismo para hacerlo sentir bien.

 

 

silla

 

¿Por qué seguimos diseñando con plástico?

¿Cuáles son los materiales que utiliza la naturaleza y cómo lo hace? Para responder esta pregunta, Oxman y equipo empezaron a investigar y encontraron que el segundo biopolímero más abundante en el planeta se llama quitina. Organismos como camarones, cangrejos, escorpiones y mariposas ¡producen unos 100 millones de toneladas de quitina cada año!

La investigadora pensó que, si podían estudiar y analizar las propiedades de la quitina, serían capaces de generar estructuras multifuncionales en una sola pieza. Así que eso fue lo que hicieron: lo llamaron «marisco legal». Pidieron un montón de cáscaras sobrantes de camarón, las molieron y produjeron pasta de quitosano. Variando las concentraciones químicas de esta pasta, lograron una amplia gama de propiedades, desde oscuro, duro y opaco a la luz, hasta muy suave y transparente. Para imprimir estructuras con esta pasta a gran escala, se construyó un sistema con múltiples boquillas controlado robóticamente.

kito

 


El robot podía variar las propiedades de la pasta sobre la marcha y crear estas estructuras hechas de un solo material de 3,5 m de largo, 100 % reciclable. Cuando las piezas están listas, se las deja secar para encontrar una forma natural al contacto con el aire.

 

placas

 

Las burbujas de aire, que son un subproducto del proceso de impresión, se utilizaron para albergar microorganismos con determinadas funciones, por ejemplo, bacterias fotosintéticas. Junto con otros colaboradores de la Universidad de Harvard y el MIT, Oxman incrustó bacterias diseñadas genéticamente para capturar carbono de la atmósfera y convertirlo en azúcar. Por primera vez, Oxman y sus colaboradores pudieron generar estructuras semejantes a tejidos celulares.

En otras palabras: utilizaron una de las primeras formas de vida en el planeta, como son los microorganismos fotosintéticos -que viven en la Tierra desde hace aproximadamente 3600 millones de años- le agregaron abundante agua y con un poco de biología sintética, transformaron una estructura hecha de cáscaras de camarón en una arquitectura que se comporta como una planta que fotosintetiza. Y lo más importante de todo esto es que son estructuras biodegradables; una vez que lleguen al mar no lo contaminarán, por el contrario, servirán de alimento para la vida marina y, si son arrojados en el suelo, servirán de abono para el mejoramiento de la tierra. 

 

Vestimentas con vida

 

Utilizando los mismos principios de diseño, la siguiente exploración de Oxman fue crear ropa para mantener la vida en futuros viajes interplanetarios.

Para hacer eso, debía manipular bacterias y controlar su flujo energético. Así como existe la tabla periódica de elementos, Oxman hizo su propia tabla de nuevas formas de vida creadas computacionalmente, fabricadas de forma aditiva y mejoradas de forma biológica.

A Oxman le gusta pensar en la biología sintética como la alquimia líquida, solo que en vez de transmutar metales preciosos, diseña nuevas funcionalidades biológicas dentro de canales muy pequeños. Este campo se denomina microfluídica. Oxman imprime canales 3D dentro de los cuales controla el flujo de cultivos bacterianos líquidos.

En el siguiente video, podemos observar la alquimia líquida ¡en acción!

 

 

En la primera pieza de ropa que Oxman  diseñó de esta forma, combinó dos microorganismos. El primer microorganismo es la cianobacteria, vive en los océanos y en los estanques de agua dulce. Y el segundo microorganismo es la Escherichia coli, la bacteria que habita en el intestino humano. Una convierte la luz en azúcar; la otra consume azúcar y produce biocombustibles útiles para el "ambiente interno de la ropa".

Pero estos dos microorganismos no interactúan en la naturaleza, Oxman los reunió por primera vez, para que convivan y cooperen en una "pieza de ropa". Hay que pensar en esto como «evolución por diseño».

La investigadora explica que, para desarrollar el ambiente que contuviera a estos dos microorganismos, tuvo que diseñar un tubo o canal que se asemejara al sistema digestivo y ayudara a que estas bacterias fluyeran y sobrevivieran en su interior.

Oxman y sus colaboradores, comenzaron a hacer crecer los canales en el sistema digestivo simulado, variando las propiedades del material según la funcionalidad que esperaban inducir en las bacterias. Si querían más fotosíntesis, por ejemplo, diseñaban canales más transparentes para el paso de la luz.

Cuando este sistema digestivo portable se estira de un extremo a otro, abarca 60 metros —la mitad de la longitud de un estadio de fútbol y 10 veces más que nuestro propio intestino delgado—.

ropa viva

 

En este video, se muestra el proceso de creación de los primeros diseños de sistemas fotosintéticos portables, con canales líquidos brillantes y formas de vida microscópica dentro de la ropa.

 

Editando la biología

Mary Shelley dijo: «Somos criaturas pasadas de moda, solo la mitad está hecha». ¿Qué pasa si el diseño proporcionara la otra mitad? ¿Y si pudiéramos crear estructuras que se comportaran como materia viva? ¿Y si pudiéramos crear microbiomas personales que escanearan nuestra piel, repararan el tejido dañado y sostuvieran nuestros cuerpos? Pensemos en esto como una forma de editar la biología.

La vanguardia de la investigación básica está en el estudio de la simbiosis entre nuestros cuerpos, los microorganismos que nos habitan, nuestros productos e, incluso, nuestros edificios. Oxman llama a esto: ecología material. Para ello, siempre hay que volver a la naturaleza. Por ahora, se sabe que una impresora 3D imprime material en capas. También se sabe que la naturaleza no lo hace así. En la naturaleza los organismos crecen, añaden con sofisticación.

 

La arquitectura maravillosa del gusano de seda

 

gusano solo

 

El gusano de seda crea un capullo mediante una arquitectura altamente sofisticada, un hogar dentro del cual hace su metamorfosis. La fabricación no aditiva se acerca a este nivel de sofisticación. Lo hace mediante la combinación no de dos materiales, sino de dos proteínas en diferentes concentraciones. Una actúa como estructura, la otra es el pegamento o la matriz, que une las fibras entre sí. Y esto sucede a través de escalas. El gusano de seda primero se "prende" en el ambiente, crea una estructura de tensión, y luego comienza a hilar un capullo por compresión. La tensión y la compresión, las dos fuerzas de la vida, se manifiestan en un único material.

Con el fin de comprender mejor cómo funciona este proceso complejo, Oxman y equipo pegaron un imán pequeño a la cabeza de un gusano de seda. Lo colocaron dentro de una caja con sensores magnéticos, y eso les permitió crear una nube de puntos en 3 dimensiones y visualizar la compleja arquitectura del capullo del gusano de seda. Sin embargo, al colocar el gusano de seda en una superficie plana —no dentro de una caja— se dieron cuenta de que el gusano hilaría un capullo plano, no un capullo, y aún así realizaría la metamorfosis sanamente. Así fue que empezaron a diseñar diferentes entornos y descubrieron que la forma, la composición y la estructura del capullo variaba según el ambiente, no así sus funciones vitales que permanecían inalteradas. En otras palabras, el gusano puede hilar un capullo plano (no en forma de envoltorio) como si hilara una lámina de seda plana y, de todas formas, podría metamorfosear en mariposa sin mayores problemas. 

 

gusanitos

 

Tradicionalmente, los gusanos de seda se hierven hasta la muerte dentro de sus capullos para obtener su seda y utilizarla en la industria textil. Oxman observó que, diseñando ambientes con figuras, por ejemplo, pentagonales, los gusanos hilarían láminas de seda, en lugar de capullos, y podrían recolectarse todas las láminas de seda planas ¡sin hervir un solo gusano!

Basada en esta observación, Oxman indicó aumentar de tamaño del proceso hasta la escala arquitectónica. Diseñaron un robot hilador que solo hilaba los bordes de los pentágonos para asegurarse de que los gusanos "se prendieran" a ellos y comenzaran a hilar las láminas de seda. Pero Oxman sabía que los gusanos de seda emigran hacia zonas más oscuras y frías, por eso utilizó un diagrama de ruta solar para comprobar la distribución de la luz y el calor en la estructura donde iba a colocar a los gusanos. 

Así creó una estructura con la posibilidad de poder filtrar los rayos de la luz y el calor, y generar las condiciones ideales para que los gusanos trabajaran. Pidió 6500 gusanos a una granja de seda en línea, los hizo alimentar y en 4 semanas estaban listos para hilar. Los investigadores colocaron a los gusanos cuidadosamente en los bordes de los pentágonos y los gusanos empezaron a hilar láminas de seda, y mientras hilaban, también metamorfoseaban, se apareaban, ponían huevos en la estructura y la vida comenzaba de nuevo. 

El siguiente video registra el proceso completo de hilado.

 

Buckminster Fuller dijo que la tensión es la gran integridad y tenía razón. Al hilar seda biológica sobre la seda hilada robóticamente, se le brinda a este pabellón-estructura de seda una integridad perfecta. Y en poco más de dos o tres semanas, 6500 gusanos tejieron ¡6500 km de seda! Luego de la metamorfosis produjeron 1,5 millones de huevos.

Estos nuevos gusanos podrían utilizarse para construir 250 pabellones-estructura adicionales en el futuro... sin hervir ningún gusano.

Este es un ejemplo de las dos visiones del mundo: una hila seda mediante un brazo robótico; la otra llena vacíos con el hilado de los propios gusanos

Oxman concluye: 

Estamos viviendo una nueva era del diseño, una nueva era de la creación, que nos lleva de un diseño inspirado en la naturaleza a una naturaleza inspirada en el diseño, que exige de nosotros, por primera vez, que nos hagamos cargo de la naturaleza.

 

Charla completa de Neri Oxman en TED 

 

Recomendamos activar los subtítulos en español.

 

Créditos de las imágenes publicadas en este recurso: Mediated Matter Media Group y Neri Oxman.

 

 

Ficha

Publicado: 07 de noviembre de 2017

Última modificación: 05 de agosto de 2021

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Docentes

Estudiantes

Directivos

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Área / disciplina

Ciencias Naturales

Educación Tecnológica y Digital

Nivel

Secundario

Superior

Categoría

Artículos

Modalidad

Todas

Formato

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Etiquetas

diseño de objetos

microbiología

biología y nuevas tecnologías

robótica

Autor/es

Carina Maguregui

Licencia

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