Si el calentamiento global provoca una inundación catastrófica que anegue la mayor parte de las zonas urbanas costeras del mundo a finales de siglo, ¿cómo lo afrontaremos? La respuesta del diseñador de biomimética y científico de materiales Jun Kamei, del Royal College of Art, es Amphibio, una especie de chaleco ligero impreso en 3D y fabricado con un polímero que actúa tanto como una branquia artificial como un depósito de respiración que permitirá a la gente pasar el rato en las megaciudades sumergidas.
Diseñado en colaboración con el laboratorio de diseño del RCA-IIS de Tokio, Amphibio es la solución de Kamei a un futuro proyectado en 2100, cuando el calentamiento global haya derretido los casquetes polares y la subida de los océanos haya afectado al 30% de la población mundial. La reacción intuitiva ante tal desastre podría ser trasladarse al interior, pero Kamei cree que una mejor idea sería adoptar un estilo de vida semiacuático utilizando algo como la branquia artificial Amphibio.
Aún en fase de concepto, Amphibio es una branquia artificial biomimética que se basa en arañas e insectos buceadores que tienen una superficie de piel superhidrofóbica que les permite reunir una burbuja de aire alrededor de sus cuerpos. Estas burbujas actúan como branquias que dejan entrar el oxígeno disuelto en el agua circundante y liberan dióxido de carbono.
Amphibio utiliza el mismo principio con un material hidrofóbico poroso especial y no especificado que es apto para la impresión 3D para crear una especie de chaleco festoneado formado por una serie de vejigas de aire que alimentan una máscara que cubre la nariz y la boca. Kamei describe Amphibio como el punto intermedio entre el buceo libre y el buceo con escafandra autónoma que permite a los buceadores permanecer más tiempo bajo el agua utilizando un equipo más ligero.
Hasta ahora, Kamei ha realizado pruebas de laboratorio con una vejiga de prueba llena de dióxido de carbono y suspendida en un tanque para demostrar su capacidad de absorber oxígeno. Admite que el diseño todavía tiene un largo camino que recorrer, citando el hecho de que la superficie es demasiado pequeña y necesita ser de al menos 32 m² para recoger suficiente oxígeno para una persona.
Aunque Kamei reconoce la parte de ingeniería de Amphibio, la tecnología está muy lejos de ser factible, y mucho menos práctica. La idea de una branquia artificial ha estado presente desde que el pionero submarino, el capitán Jacques Cousteau, declaró en 1962 que el futuro de la exploración del mar era la creación de «peces hombre» que respiraran agua. El problema es que hay una brecha muy grande entre la idea y la realidad.
Desde que se hicieron los primeros experimentos utilizando membranas de plástico semipermeables para extraer oxígeno del agua, los obstáculos para hacer la idea práctica se acumularon rápidamente. Al principio, la tecnología parecía ganadora, ya que los investigadores ponían a los hámsters en cajas de membrana sumergidas en peceras, pero fabricar algo que haga lo mismo que una branquia de pez es mucho más difícil.
Si miras una lista de la vida marina, notarás que ninguno de los mamíferos marinos tiene branquias. Hay un número de razones para esto, pero uno de los más grandes es que los mamíferos tienen metabolismos muy altos que requieren una gran cantidad de oxígeno para apoyar. Si tomas un litro (34 oz) de aire, tendrá 200 ml (6,76 oz) de oxígeno. Pero si tienes agua, sólo hay entre 5 y 10 ml de oxígeno por litro. Eso está bien para los peces de sangre fría, pero una branquia artificial llevada por una persona debe procesar de 10 a 20 veces más agua por volumen que el aire, o 100 litros (26,5 gal) por minuto con una eficiencia del 100% para mantener al buceador con vida.
Eso significa que se requieren varias cosas. Por un lado, significa una superficie muy grande comparable a los 50 a 75 m² (540 a 810 pies²) de los pulmones humanos y también significa mucho flujo de agua. Por eso los primeros diseños de branquias artificiales presentaban membranas muy onduladas metidas en grandes mochilas con baterías, tanques de aire de recarga y enormes impulsores para empujar el agua a través del dispositivo.
Aquí no acaban los problemas. Si el oxígeno y el dióxido de carbono pueden pasar a través de un material branquial artificial, también pueden hacerlo los gases neutros. Mientras que la branquia puede recoger el oxígeno del agua, no puede obtener el nitrógeno, por lo que el nitrógeno de los pulmones del buceador, que constituye el 78%, se filtrará rápidamente y las mangueras se colapsarán y la máscara de respiración se inundará de agua. Esto sería aún peor con Amphibio porque la capa de aire atrapada por la superficie hidrofóbica se reduciría y pronto desaparecería al difundirse el nitrógeno en el agua circundante.
Lo mismo se aplica a la presión. Las branquias artificiales funcionan mejor en aguas muy poco profundas. Si el buceador desciende más de unos pocos pies, la presión del agua, de nuevo, colapsará las mangueras y las vejigas y la máscara facial se inundará. La escafandra autónoma no tiene este problema porque está diseñada para compensar automáticamente mediante un regulador, que proporciona aire a presión ambiente para una profundidad determinada.
Nada de esto invalida la idea detrás de Amphibio, pero necesita mucho más trabajo a un nivel muy básico para hacerlo práctico. Si alguna vez llega al mercado, podría ser agradable ir a bucear en alguna catedral inundada. Aunque recomendaríamos una máscara, aletas, cinturón de pesas y aletas en lugar de una bata diáfana para la ocasión.
El siguiente vídeo muestra la prueba de tanque de una vejiga Amphibio.