La arquitecta y diseñadora Neri Oxman lidera la búsqueda de formas en que las tecnologías de fabricación digital puedan interactuar con el mundo biológico. Trabajando en la intersección de diferentes campos como el diseño computacional, la fabricación aditiva, la biología sintética y la ingeniería de materiales, su laboratorio en el MIT es pionero en desarrollos que implican la simbiosis entre microorganismos, nuestros cuerpos, nuestros productos e incluso nuestros edificios.

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.

Dos cúpulas gemelas, dos culturas de diseño radicalmente opuestas

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  • La cúpula de la izquierda está hecha de miles de piezas de acero; la de la derecha, de un solo hilo 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 la naturaleza.

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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.

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Entre Henry Ford y Charles Darwin

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.

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En otras palabras, 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 nos 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 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, también realizan diseños a nanoescala o niveles microscópicos utilizando microorganismos genéticamente modificados que brillan en la oscuridad.

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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 que fuese como una segunda piel, hecha de una sola pieza: rígida en los contornos, flexible alrededor de la cintura. Junto con colaboradores de impresión 3D de Stratasys, imprimieron esta capa y falda 3D, sin costuras entre las células.

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En esta línea de impresión de una sola pieza, realizaron numerosos objetos de diferentes tamaños combinando materiales rígidos y blandos hasta una resolución de 20 micrómetros, es decir, del grosor de un cabello humano. Que los diseñadores tengan acceso a esta altísima resolución y a los 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.

También diseñaron una silla acústica, una silla estructural, cómoda y que también absorbe sonido. Oxman y colaboradores se sumergieron en la naturaleza para inspirarse y lograron un diseño con un patrón de superficie irregular, que se convirtió en sonido-absorbente. Imprimieron una superficie de 44 propiedades diferentes, que varían en rigidez, opacidad y color, correspondiendo a los puntos de presión en el cuerpo humano. Su superficie, como en la naturaleza, varía su funcionalidad no mediante la adición de otro material u otro ensamblaje, sino variando continuamente y delicadamente las propiedades del material.

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¿Por qué seguimos diseñando con plástico?

¿Cuáles son los materiales que utiliza la naturaleza y cómo lo hace? Para responder esta pregunta, los científicos 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!

Pensaron 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 de camarón, las molieron y produjeron pasta de quitosano. Variando las concentraciones químicas, lograron una amplia gama de propiedades, desde oscuro, duro y opaco a la luz, hasta muy suave y transparente. Para imprimir las estructuras a gran escala, se construyó un sistema con múltiples boquillas controlado robóticamente.

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El robot podía variar las propiedades del material 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.

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Las burbujas de aire que eran un subproducto del proceso de impresión se utilizaron para contener microorganismos fotosintéticos que aparecieron por primera vez en el planeta hace 3.5 mil millones años. Junto con otros colaboradores de la Universidad de Harvard y el MIT, incrustaron las bacterias diseñadas genéticamente para capturar carbono de la atmósfera y convertirlo en azúcar. Por primera vez, pudieron generar estructuras —similares a tejidos celulares— que hacen su transición sin problemas de viga a malla, y si se amplía aún más el «tejido», a ventanas.

Trabajando con un material antiguo, una de las primeras formas de vida en el planeta, con abundante agua y con un poco de biología sintética, transformaron una estructura hecha de cáscaras de camarón en una arquitectura que se comporta como un árbol. Y lo más asombroso de todo esto es que objetos diseñados como biodegradables, puestos en el mar, alimentarán la vida marina y, colocados en el suelo, ayudarán a crecer a vegetales.

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, debían dominar a las bacterias y controlar su flujo energético. Así como la tabla periódica, hicieron su propia tabla de elementos: nuevas formas de vida creadas computacionalmente, fabricadas de forma aditiva y aumentadas de forma biológica.

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

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

En la primera pieza de ropa que diseñaron de esta forma, se combinaron dos microorganismos. El primer microorganismo es la cianobacteria, vive en nuestros 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 entorno construido.

Pero estos dos microorganismos no interactúan en la naturaleza. De hecho, nunca se conocieron. Ellos están juntos ahora, diseñados por primera vez, para tener una relación en una pieza de ropa. Hay que pensar en esto como «evolución por diseño».

La investigadora explica que, para contener estas relaciones entre microorganismos, tuvieron que diseñar un único canal que se asemeja al sistema digestivo y que ayuda a que fluyan estas bacterias y a que alteren su función en el camino. Entonces comenzaron a hacer crecer esos canales en el sistema digestivo simulado, variando las propiedades del material según la funcionalidad deseada. Si querían más fotosíntesis, diseñaban canales más transparentes para el paso de la luz. Este sistema digestivo portable, cuando 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 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 vida 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 aumentan la 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 medio 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 un parche plano —no dentro de una caja— se dieron cuenta de que hilaría un capullo plano y aún así realizaría la metamorfosis sanamente. Así fue que empezaron a diseñar diferentes entornos, diferentes andamios y descubrieron que la forma, la composición y la estructura del capullo variaba por el medio ambiente, no así sus funciones vitales que permanecían inalteradas.

 
gusanitos

A menudo se hierven los gusanos de seda hasta la muerte dentro de sus capullos para obtener su seda y utilizarla en la industria textil. Los investigadores vieron que, diseñando estas plantillas, podían dar forma a la seda cruda sin hervir un solo capullo. Así aumentaron de tamaño este proceso hasta la escala arquitectónica. Tuvieron un robot hilador haciendo plantillas de seda. Sabían que los gusanos de seda emigran hacia zonas más oscuras y frías, por eso utilizaron un diagrama de ruta solar para revelar la distribución de la luz y el calor en la estructura plantilla donde iban a colocar a los gusanos. 

Entonces crearon agujeros o aberturas, para bloquear los rayos de la luz y el calor, y generar las condiciones ideales para que los gusanos trabajaran. Pidieron 6500 gusanos de seda a una granja de seda en línea, los alimentaron 4 semanas y estaban listos para hilar con los investigadores. Los colocaron cuidadosamente en el borde inferior del andamio, y mientras hilaban, también metamorfoseaban, se apareaban, ponían huevos y la vida comenzaba de nuevo. 

El siguiente video registra el proceso completo de construcción.


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 de seda una integridad perfecta. Y en poco más de dos o tres semanas, 6500 gusanos de seda tejieron 6500 km. Luego de la metamorfosis produjeron 1,5 millones de huevos de nuevos gusanos. Esto podría utilizarse para 250 pabellones adicionales en el futuro. 

Así que aquí están las dos visiones del mundo: una hila seda mediante un brazo robótico; la otra llena vacíos con el trabajo 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 

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