La naturaleza y la tecnología se funden en el futuro. Discurren con una relación simbiótica en la que la primera inspira a la segunda y ésta cuida de la otra. Numerosos proyectos tecnológicos son los que dibujan un mundo bañado por chips y sensores que recogen y analizan cada detalle del aire, agua, animales y vegetación para conocer en profundidad el impacto del cambio climático tanto en las regiones más vulnerables de España, como del planeta.

Lo cierto es que la naturaleza es una fuente inagotable de ideas. Así por ejemplo, la gran mayoría de las semillas utilizan el viento para viajar largas distancias y propagar su especie. Un mecanismo en el que se han basado los investigadores de la Universidad Northwestern de Estados Unidos para crear diminutos chips voladores que formen una red de sensores con la que medir la contaminación ambiental. 

"Hemos superado a la naturaleza, al menos en el sentido estricto ya que hemos podido construir estructuras que caen con trayectorias más estables y a velocidades más lentas que las semillas equivalentes de plantas o árboles" afirma John Rogers, especialista en bioelectrónica y director de desarrollo de los microfliers, a Nature.

Diseño aerodinámico

La industria de los semiconductores ha estado hasta ahora enfocada a dar potencia a productos como los teléfonos móviles, ordenadores o televisores. Pero esta tecnología se adentra en una nueva era donde sus posibles casos de uso se expanden hasta límites insospechados. Recientes estudios de investigación sugieren que en la próxima década encontraremos chips en cada producto del supermercado, debajo de la piel como herramientas de monitorización para la salud o camuflados en la naturaleza. 

"Nuestro objetivo era agregar el vuelo alado a los sistemas electrónicos a pequeña escala, con la idea de que estas capacidades nos permitirían distribuir dispositivos electrónicos miniaturizados y altamente funcionales para el estudio de la contaminación, vigilar a la población o hacer un seguimiento de enfermedades", explica John Rogers.

Otros proyectos han acoplado ordenadores minúsculos en los caparazones de los caracoles para estudiar la extinción de numerosas especies en la Polinesia Francesa. Pero para este estudio, fue necesario colocar cada dispositivo cerca o encima del caparazón del animal. Con el diseño de los microfliers, se pueden distribuir por una amplia superficie cientos de sensores de forma rápida.

La evolución lleva miles de millones de años trabajando en el diseño aerodinámico de las semillas como las del arce que vuelan girando sobre su única ala, impulsadas por el viento. Este equipo de científicos, ha contado con la experiencia aportada por la biología y la ayuda de modelos de computación para optimizar el diseño de estos pequeños chips.

"El modelado computacional permite optimizar rápidamente el diseño de la estructuras" y conseguir un vuelo lento y con una trayectoria más estable, explica Yonggang Huang, director del trabajo teórico. "Esto es imposible con experimentos de prueba y error", asegura.

La fricción de las alas con el aire genera un movimiento de rotación lento y estable. El peso de los componentes electrónicos se mantiene en el centro, evitando que caiga de forma caótica al suelo y esto permite que el dispositivo permanezca más tiempo en el aire recogiendo datos. La clave del diseño está en su forma tridimensional. 

Para conseguir esa estructura 3D y poder producirlos en serie, los ingenieros unieron una capa de elastómero con el microvolador fabricado de forma bidimensional. Este material elástico al relajarse, se encoge y modifica la forma del dispositivo para darle esa estructura 3D necesaria. 

Composición tecnológica

Los chips o microvoladores como los han denominado sus creadores cuentan con tres alas aerodinámicas con las que planear con el viento. En el centro, los sensores recogen información sobre el aire. Están equipados con sensores, una memoria para almacenar los datos recogidos y una antena que transmite la información de forma inalámbrica hasta un móvil u ordenador. Todo este equipo se sostiene con una fuente de energía que es capaz de "recolectar energía ambiental".

Los sensores pueden variar dependiendo del objeto de estudio. Por ejemplo, los investigadores llegaron a instalar sensores de PH que podrían usarse también para la calidad del agua. En caso de querer medir la exposición al sol se aplicarían fotosensores.

Rogers propone la posibilidad de desplegar de forma masiva estos microvoladores desde un avión o edificio a gran altura para dispersarlos y en su caída monitorear los niveles de contaminación a diferentes altitudes. Esta es la siguiente fase del proyecto, con la que demostrar que este diseño funciona, tanto su capacidad para planear en diferentes direcciones, como la de analizar el estado del aire.

Para ello, pretenden lanzar mieles de microchips que cambiarán de color según la cantidad de plomo cadmio y mercurio que detecten allí donde aterricen. El resultado lo recogerá un dron que sobrevolará la zona tomando fotografías. Así los investigadores podrán contabilizar el número de dispositivos que han cambiado de un color a otro y elaborar un mapa con la contaminación ambiental.

Mecanismos sostenibles

Hablar de lanzar miles de chips por el aire no suena muy respetuoso con el medioambiente y recolectar los microchips una vez dispersados es una tarea muy compleja. Pero los investigadores cuentan con experiencia en dispositivos electrónicos transitorios, o dicho de otra forma, que se disuelven sin causar daños en el entorno. Rogers formó parte del equipo que desarrolló el marcapasos bioabsorbible, un dispositivo minúsculo que se acaba disolviendo en el cuerpo tras dos semanas de funcionamiento.

A raíz de estos inventos anteriores, la Universidad de Northwestern ha desarrollado los microfliers para que se disuelvan en el agua subterránea con el paso del tiempo. Esto se consigue con "polímeros degradables conductores compostables y chips de circuitos integrados solubles que, naturalmente, se desvanecen en productos finales ambientalmente benignos cuando se exponen al agua", explica el investigador.

El equipo afirma que la absorción de estos mecanismos se realiza de forma natural y es inofensiva para el entorno donde caigan los microchips. Ahora toca poner en práctica este concepto, pues los microfliers aún no se han puesto a prueba en campo abierto. 

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