Dacă încălzirea globală provoacă inundații catastrofale care inundă majoritatea zonelor urbane de coastă ale lumii până la sfârșitul secolului, cum vom face față? Răspunsul lui Jun Kamei, designer de biomimetică și cercetător în domeniul materialelor de la Royal College of Art, este Amphibio – un fel de vestă ușoară imprimată 3D dintr-un polimer care acționează atât ca o branhie artificială, cât și ca un rezervor de respirație care va permite oamenilor să stea în megaorașele scufundate.
Concepută în colaborare cu RCA-IIS Tokyo Design Lab, Amphibio este soluția lui Kamei pentru un viitor proiectat în 2100, când încălzirea globală a topit calotele de gheață și creșterea oceanelor a afectat 30 la sută din populația lumii. Reacția intuitivă la un astfel de dezastru ar putea fi să ne mutăm în interiorul uscatului, dar Kamei crede că o idee mai bună ar fi să adoptăm un stil de viață semi-acvatic folosind ceva asemănător branhiilor artificiale Amphibio.
Încă în stadiul de concept, Amphibio este o branhie artificială biomimetică care se bazează pe păianjeni scufundători și insecte care au o suprafață de piele superhidrofobă care le permite să adune o bulă de aer în jurul corpului lor. Aceste bule acționează ca niște branhii care lasă să intre oxigenul dizolvat în apa din jur și eliberează dioxid de carbon.
Amphibio folosește aceeași principiu cu un material hidrofob special și nespecificat, poros și hidrofob, potrivit pentru imprimarea 3D, pentru a crea un fel de vestă evazată formată dintr-o serie de vezicule de aer care alimentează o mască ce acoperă nasul și gura. Kamei descrie Amphibio ca fiind punctul intermediar între scufundarea liberă și scuba diving, care permite scafandrilor să stea mai mult timp sub apă folosind un echipament mai ușor.
Până în prezent, Kamei a efectuat teste de laborator cu o vezică de testare umplută cu dioxid de carbon și suspendată într-un rezervor pentru a demonstra capacitatea sa de a absorbi oxigen. El recunoaște că designul mai are încă un drum lung de parcurs, citând faptul că suprafața este prea mică și trebuie să fie de cel puțin 32 m² (344 ft²) pentru a aduna suficient oxigen pentru o persoană.
Chiar dacă Kamei recunoaște latura inginerească a Amphibio, tehnologia este foarte departe de a fi fezabilă, cu atât mai puțin practică. Ideea unei branhii artificiale a fost mainstream încă de când pionierul subacvatic, căpitanul Jacques Cousteau, a declarat în 1962 că viitorul explorării mărilor este crearea de „bărbați pești” care vor respira apă. Problema este că există un decalaj foarte mare între idee și realitate.
Încă de la primele experimente au fost făcute folosind membrane de plastic semipermeabile pentru a extrage oxigenul din apă, obstacolele în transformarea ideii în practică s-au adunat rapid. La început, tehnologia părea câștigătoare, deoarece cercetătorii au pus hamsteri în cutii cu membrane scufundate în acvarii pentru pești, dar realizarea a ceva care să facă ceea ce face o branhie de pește este mult mai dificilă.
Dacă vă uitați la o listă de viețuitoare marine, veți observa că niciunul dintre mamiferele marine nu are branhii. Există o serie de motive pentru acest lucru, dar unul dintre cele mai importante este că mamiferele au metabolisme foarte ridicate care necesită mult oxigen pentru a le susține. Dacă luați un litru (34 oz) de aer, acesta va conține 200 ml (6,76 oz) de oxigen. Dar dacă aveți apă, acest lucru înseamnă doar 5 până la 10 ml (0,17 până la 0,34 oz) de oxigen pe litru. Acest lucru este în regulă pentru peștii cu sânge rece, dar o branhie artificială purtată de o persoană trebuie să proceseze de 10 până la 20 de ori mai multă apă în volum decât aerul, sau 100 de litri (26,5 gal) pe minut la o eficiență de 100 % pentru a menține în viață scafandrul.
Aceasta înseamnă că sunt necesare o serie de lucruri. În primul rând, înseamnă o suprafață foarte mare, comparabilă cu cea de 50 până la 75 m² (540 până la 810 ft²) a plămânilor umani și înseamnă, de asemenea, un debit mare de apă. Acesta este motivul pentru care primele modele de branhii artificiale prezentau membrane puternic ondulate, îndesate în rucsacuri mari cu baterii, rezervoare de aer de completare și rotoare masive pentru a împinge apa prin dispozitiv.
Aici nu se termină problemele. Dacă oxigenul și dioxidul de carbon pot trece printr-un material branhial artificial, la fel pot face și gazele neutre. În timp ce branhiile pot prelua oxigenul din apă, nu pot prelua azotul, astfel încât azotul din plămânii scafandrului, care reprezintă 78%, se va scurge rapid, iar furtunurile vor ceda și masca de respirație se va inunda cu apă. Acest lucru ar fi și mai rău cu Amphibio, deoarece stratul de aer prins de suprafața hidrofobă ar fi redus și ar dispărea în curând, deoarece azotul este difuzat în apa din jur.
Același lucru este valabil și pentru presiune. Branhiile artificiale funcționează cel mai bine în ape foarte puțin adânci. Dacă scafandrul coboară mai mult de câțiva metri, presiunea apei va prăbuși, din nou, furtunurile și veziculele, iar masca facială se va inunda. Scafandrul nu are această problemă, deoarece este proiectat să compenseze automat cu ajutorul unui regulator, care furnizează aer la presiunea ambiantă pentru o anumită adâncime.
Nimic din toate acestea nu invalidează ideea din spatele Amphibio, dar are nevoie de mult mai multă muncă la un nivel foarte elementar pentru a o face practică. Dacă va ajunge vreodată pe piață, ar putea fi frumos să faci scufundări în vreo catedrală inundată. Deși, pentru această ocazie, am recomanda o mască, în locul unei rochii diafane, o înotătoare, o centură cu greutăți și niște înotătoare.
Video-ul de mai jos prezintă testarea în bazin a unei vezici Amphibio.