Biomateriales para un futuro de ciencia ficción

 

Un proyecto europeo espera crear un edificio a gran escala utilizando hongos en el año 2022. Los hongos son uno de los organismos más antiguos y tenaces del mundo. Y ahora también se podrían encontrar entre los materiales de confección de ropa, de ingenios y de construcción más útiles.

Una investigación llevada a cabo en una colaboración entre la Universidad del Oeste de Inglaterra en Bristol (UWE Bristol), Mogu, el Instituto Italiano de Tecnología y los Estudios de Informática, Multimedia y Telecomunicación de la Universidad Abierta de Catalunya (UOC) ha demostrado que estos organismos tienen propiedades increíbles que permitirían poder sentir y procesar diversos estímulos externos: la luz, las deformaciones, la temperatura, la presencia de sustancias químicas e, incluso, las señales eléctricas.

El trabajo podría impulsar la aparición de nuevos materiales fúngicos que ofrecen un sinfín de características interesantes, entre las que se encuentra la sostenibilidad, la durabilidad, la capacidad de reparación y la adaptabilidad. El estudio, que explora la capacidad de utilizar los hongos como componentes para wearables o dispositivos portátiles, ha comprobado la posibilidad de emplear estos biomateriales como sensores eficientes y con múltiples aplicaciones

HONGOS QUE HACEN LOS WEARABLES MÁS INTELIGENTES

Muy poca gente pensaría en los hongos como un material adecuado para crear un dispositivo, especialmente si es inteligente, como un podómetro o un móvil. Los dispositivos portables (wearables) requieren circuitos muy sofisticados que van conectados a sensores, además de cierta capacidad de computación.

Esto, grosso modo, es lo que los define como "inteligentes", lo que conseguimos mediante procedimientos y materiales complejos. Sin embargo, la colaboración entre Andrew Adamatzky y Anna Nikolaidou, del Laboratorio de Informática no Convencional de la UWE Bristol; Antoni Gandia, director de Tecnología de Mogu; Alessandro Chiolerio, del Instituto Italiano de Tecnología, de Turín, y Mohamed Mahdi Dehshibi, investigador del Scene Understanding and Artificial Intelligence Lab (SUNA) de la UOC, han demostrado que entre estos materiales se pueden encontrar hongos.

Para ello, el estudio «Reactive Fungal wearable», publicado recientemente en Biosystems, analiza la capacidad del Pleurotus ostreatus, la orellana, para detectar posibles señales procedentes del entorno, lo que incluiría, por ejemplo, el cuerpo humano. Con el objetivo de demostrar la reactividad que presenta este hongo como biomaterial, el estudio analiza y recoge el papel como biosensor capaz de distinguir estímulos químicos, mecánicos y eléctricos.

«Los hongos son el grupo de organismos vivos más grande, más ampliamente distribuido y más antiguo del mundo», explica Mohamed Mahdi Dehshibi. «Crecen extremadamente rápidamente y se adhieren al sustrato que combinas con ellos». Según señala el investigador de la UOC, los hongos son capaces, incluso, de procesar información de una manera similar a como lo haría un ordenador.

«Podemos reprogramar la geometría y la estructura teórica de los gráficos de las redes de micelio -el conjunto de filamentos que forman la parte vegetativa de un hongo- y emplear la actividad eléctrica de los hongos para hacer circuitos de computación», confirma.

«Los hongos no sólo responden a los estímulos y emiten señales en consecuencia, sino que también nos permiten manipularlos para llevar a cabo una tarea computacional, es decir, procesar información».

De este modo, nos encontramos ante la posibilidad de crear auténticos componentes de ordenador con material fúngico, capaces de sentir y reaccionar ante ciertas señales externos, de manera única.

¿PARA QUÉ SE UTILIZAN LOS HONGOS?

Los hongos plantean, a grandes rasgos, una serie de problemas importantes. Por ejemplo, se deben mantener, se degradan, son limitadamente resistentes, pueden producir malos olores... La verdad es que la gran mayoría de estos problemas ya han sido resueltos. Y, es más, se ha hecho con un éxito increíble. «En términos generales, trabajar con organismos vivos tiene dificultades», confirma el investigador. Sin embargo, analizando todas las posibilidades, el equipo ha seleccionado los basidiomicetos, una división del reino de los hongos.

Estos no tienen tanta relación con infecciones y problemas asociados a otros hongos cuando se cultivan en interiores. Además, señala Dehshibi, los productos a base de micelio para la industria de la construcción ya son de uso comercial. «Les puedes dar forma, de manera muy parecida a como lo harías con el cemento», añade, «pero, para desarrollar un espacio geométrico, necesita sólo entre cinco días y dos semanas. También tienen un impacto limitado. De hecho, como que usan fuentes de residuos para crecer, se podría entender que son respetuosos con el medio ambiente», sugiere.

En el mundo ya hay varios ejemplos de lo que se conoce como «arquitectura fúngica», construida con biomateriales procedentes de los hongos. Las estrategias que hay para este campo implican hacer crecer el organismo en una forma adecuada en pequeños módulos, tales como ladrillos, bloques u hojas. Después se secan para matar el organismo y formar un compuesto sostenible e inodoro.

Con todo, cuando el micelio se mantiene vivo e integrado en nanopartículas y polímeros, se puede ir más allá y se puede utilizar para desarrollar componentes electrónicos, según explica el experto. «Este sustrato informático se cultiva dentro de un molde de tejido para darle forma y proporcionar una estructura adicional. Durante la última década, el equipo del profesor Adamatzky ha producido varios prototipos de dispositivos de detección y computación a partir del moho mucilaginoso Physarum polycephalum, incluidos varios procesadores de geometría computacional y dispositivos electrónicos híbridos.

EL CAMINO POR RECORRER

Aunque el equipo de Adamatzky ha descubierto que el moho mucilaginoso es un sustrato adecuado para la informática no convencional, su evolución constante impide fabricar dispositivos de larga duración y los limita a meros componentes experimentales.

Sin embargo, apunta Dehshibi, los basidiomicetos, por su desarrollo y su comportamiento, tienen más disponibilidad y son menos vulnerables, más grandes y más fáciles de manipular, entre otras cosas. Con el Pleurotus ostreatus, tal como han comprobado en el último estudio publicado, se puede experimentar fácilmente en exteriores, lo que abre la puerta a nuevas aplicaciones. Esto hace que los hongos sean un objeto ideal para crear dispositivos informáticos vivos en un futuro.

«Desde mi punto de vista, se deben superar dos retos importantes», anota el investigador. «El primero consiste en implementar realmente la computación [de estos sistemas fúngicos] con un objetivo, es decir, hacer una computación que tenga sentido. El segundo sería caracterizar las propiedades de los sustratos fúngicos mediante mapeos booleanos para descubrir el potencial computacional verdadero de las redes de micelio». En otras palabras: aunque sabemos que hay potencial en este tipo de aplicaciones, hay que explorar hasta dónde llega este potencial y cómo los podemos utilizar en la práctica.

Esto no parece tan lejos. El prototipo inicial desarrollado por el equipo, y que forma parte del estudio, ayudará en un futuro a diseñar y fabricar edificios con capacidades únicas, gracias a los biomateriales hechos con hongos. «Este enfoque innovador promueve el uso de un organismo vivo que se puede utilizar como material de construcción y que también está adaptado para computar». Al final de este proyecto, en diciembre de 2022, el proyecto fungi construirá un edificio fúngico a gran escala en Dinamarca e Italia, además de una versión más pequeña en el Campus Frenchay de la UWE Bristol.

«Hasta ahora, sólo se han fabricado pequeños módulos, tales como ladrillos y láminas. Sin embargo, la NASA también está interesada en la idea y está intentando construir bases en la Luna y Marte para enviar esporas inactivas los planetas », afirma el investigador de la UOC. «Vivir dentro de un hongo parece un poco extraño, pero por qué resulta tan extraño pensar que podríamos vivir en el interior de algo vivo? Sería un movimiento ecológico bastante interesante, que permitiría prescindir del hormigón, el vidrio y la madera. Piensa en escuelas, oficinas y hospitales que crecen, se regeneran y mueren; es la cumbre de la vida sostenible », concluye Dehshibi.

Para los autores del artículo científico, el objetivo de las computadoras fúngicas no es reemplazar los chips de silicio. Las reacciones fúngicas son demasiado lentas para hacerlo posible. Con todo, opinan que se podría utilizar el micelio que crece en un ecosistema como un «sensor ambiental a gran escala». Las redes fúngicas, razonan, monitorizan una gran cantidad de flujos de datos como parte de su día a día. Si nos pudiéramos conectar a las redes micelianas e interpretar las señales que usan para procesar la información, podríamos aprender más cosas sobre lo que ocurre dentro de un ecosistema.

Esta investigación de la UOC favorece el objetivo de desarrollo sostenible (ODS) 9, para construir infraestructuras resilientes, promover la industrialización sostenible y fomentar la innovación.