Investigadores del Instituto Italiano de Tecnología han desarrollado un velcro suave, biodegradable y soluble basado en la estructura de microanillos de las hojas de una planta llamada "gancho de mano".
El equipo utilizó el material recién hecho para construir pequeños dispositivos que monitorean la salud de las plantas cultivadas, para proporcionarles medicamentos y nutrición según sea necesario. Todo en el contexto de un proyecto de investigación publicado en la revista Communications Materials.
Velcro, nacimiento de una pequeña estrella
El creador de Velcro fue un ingeniero suizo llamado George de Mestral. En 1948, de Mestral se tomó unas vacaciones de dos semanas del trabajo para ir a cazar: mientras caminaba con su puntero irlandés en las montañas del Jura, fue atormentado por semillas de bardana silvestres. Esos desgraciados se adhirieron implacablemente tanto a su ropa como al pelaje del perro. Tenaz, muy tenaz.
Hasta el punto de que De Mestral quiso examinar algunos de ellos bajo el microscopio.
Notó que el exterior de cada semilla estaba cubierto con cientos de pequeños ganchos que se enganchaban en bucles de hilo o, en el caso del perro, en la piel. Y se le ocurrió una idea. Velcro nació (de las palabras francesas VELours, “terciopelo” y CROchet, “gancho”).
Velcro, introducido en 1960, no fue un éxito inmediato, pero la NASA lo encontró útil para los astronautas. A partir de ese momento comenzó su ascenso hasta la venta de 60 millones de metros al año: el buen De Mestral, a su muerte en 1990, era multimillonario.
Hoy está prácticamente en todas partes
El velcro se usa en muchas cosas como zapatos, mochilas, carteras, chaquetas y correas. Incluso lo usaron para ayudar a que un corazón humano se mantuviera unido durante el primer trasplante de corazón artificial. Como el velcro está hecho de nailon, la idea de hacer una versión biodegradable es fantástica. ¿Cómo se desarrolló?
El cientifico Isabel Fiorello y sus colegas querían encontrar nuevas formas de monitorear las plantas. Se preguntaron si había alguna forma de sujetar sus dispositivos a las hojas sin dañarlas. Tenían dos opciones: unirlos químicamente o usar parches de microagujas.
Eventualmente encontraron inspiración en la planta herbácea común (galio aparina). Puede formar densos enredos en el suelo y, aunque crece hasta casi 2 metros (6 pies), no puede pararse por sí solo y usa otras plantas como soporte. Para ello cuenta con un mecanismo de anclaje micro-gancho.
El equipo italiano estudió esta pequeña estructura muy de cerca y luego utilizó una impresora 3D para crear versiones artificiales de la misma. El velcro “natural” ha sido testeado con diferentes materiales, entre los que se encuentran los fotosensibles y biodegradables a base de isomalt (sí, el que también se usa para pasteles). Funcionó.
Un velcro biodegradable para ayudar a las plantas.
Como aplicación inicial, el equipo diseñó un dispositivo que puede penetrar la cutícula de una planta con una invasividad mínima, lo que permite que la planta sea monitoreada y tratada según sea necesario. Los micro-ganchos de "velcro" con isomalt se adhieren al sistema vascular de las hojas y luego se disuelven en el interior, porque la isomalt es soluble.
Los experimentos mostraron que las microagujas artificiales podrían usarse como un parche de "liberación inteligente", para usar la menor cantidad posible de pesticidas. Los parches de velcro biodegradables se disuelven una vez aplicados, por lo que no hay desperdicio.
El equipo también imprimió ganchos hechos de una resina fotosensible y los ensambló con sensores de luz, temperatura y humedad para crear clips inteligentes. Estos clips se adhieren a hojas individuales para transmitir datos de forma inalámbrica mediante software personalizado.
El prototipo pudo medir hasta 50 días en condiciones de viento. El dispositivo se puede utilizar para aplicaciones botánicas de pequeña o gran escala, como los agricultores que despliegan muchos dispositivos para mapear y monitorear mejor las grandes áreas de cultivo.
Los siguientes pasos
El equipo del Dr. Fiorello no solo ha desarrollado un velcro biodegradable, creo que lo he aclarado. Pero también hizo más que el sistema avanzado de alimentación y monitoreo de plantas. También ha desarrollado una especie de micro que puede moverse sobre la superficie de la hoja en pequeños pasos. Se mueve como lo haría una planta. Un mecanismo similar a los demostrados previamente en el SpinyBot de Universidad de Stanford, y en Robot CLASH de Berkeley, capaz de trepar sobre superficies de tela sueltas y suspendidas, como cortinas.
El italiano, sin embargo, tiene algo más. “Hasta donde sabemos, esta es la primera máquina de prueba de concepto inspirada en plantas capaz de moverse sobre una hoja”, escriben los autores. Para esto, sin embargo, será necesario superar obstáculos: en primer lugar, comprender cómo hacer que un robot de este tipo funcione en condiciones atmosféricas como las externas.
