Investigadores de la Escuela John A. Paulson de ingeniería y ciencias aplicadas de la Universidad de Harvard probaron y proponen, en un artículo publicado en la revista Nature Materials, imitar los esqueletos vidriosos de las esponjas marinas para la construcción de una nueva generación de edificios más altos, puentes más largos y naves espaciales más ligeras.
Desde el siglo XIX, se ocupa ampliamente una de arquitectura de celosía diagonal. Este diseño utiliza numerosas vigas diagonales pequeñas y poco espaciadas para distribuir uniformemente las cargas aplicadas. Esta tecnología se desarrolló entonces como un método para hacer puentes resistentes con materiales ligeros y baratos. Sin embargo, el método no es óptimo, ya que genera desperdicio o material redundante y presenta limitantes respecto a la altura de construcción. Por este motivo, el fin de los investigadores fue averiguar si es posible hacer más eficientes estas estructuras en términos de materiales.
Para su estudio, los autores se inspiraron en los esqueletos de las esponjas de la especie Euplectella aspergillum. Esta especie pertenece a la clase Hexactinellida, predominantemente de aguas profundas y conocidas por su capacidad de construir esqueletos notoriamente complejos a partir de sílice hidratada amorfa. En el caso de las esponjas Euplectella aspergillum, su esqueleto consiste en una arquitectura en forma de cuadrícula superpuesta con un doble juego de refuerzos diagonales, creando un patrón, similar a un tablero de damas inglesas, de celdas abiertas y cerradas.
Con una combinación de simulaciones de elementos finitos, además de pruebas mecánicas en modelos impresos en 3D de diferentes geometrías de celosía, los investigadores encontraron que la estrategia de refuerzo diagonal de la esponja Euplectella aspergillum logra la mayor resistencia al pandeo para una cantidad determinada de material, es decir, tiene una relación resistencia-peso más alta comparada con los diseños de celosía tradicionales. Adicionalmente, este diseño se acerca a la distribución óptima del material para el espacio de diseño considerado, según demostraron con un algoritmo de optimización evolutiva.
“Nuestros resultados demuestran que las lecciones aprendidas del estudio de los sistemas esqueléticos de las esponjas se pueden aprovechar para la realización de geometrías de celosía cuadrada que están geométricamente optimizadas para evitar el pandeo estructural global, con implicaciones para un mejor uso del material en aplicaciones modernas de infraestructura”, apuntaron los investigadores en su estudio, publicado el 21 de septiembre. Estas aplicaciones podrían darse en la construcción de edificios, puentes e, incluso, naves espaciales. De acuerdo a un comunicado de la universidad, la Oficina de desarrollo tecnológico de Harvard ha protegido la propiedad intelectual de este proyecto y explora actualmente oportunidades de comercialización.
Además de inspirar este nuevo método de construcción, las esponjas marinas del mar abisal también podrían tener la clave para enfrentarse a las bacterias resistentes a los antibióticos, según un investigadores de la Universidad de Plymouth de 2019, quienes encontraron propiedades antimicrobianas en bacterias que viven en esponjas del género Euplectella, por cual señalan la importancia de conservar los hábitats de estas especies. A finales de agosto de 2020, el Departamento de pesquerías y océanos de Canadá identificó cinco nuevos arrecifes de esponjas vidriosas vivientes en el área de Howe Sound.
Frente al reto de mejorar las estrategias de construcción y otras tecnologías, la respuesta podría encontrarse en las estructuras biológicas de otras especies habitantes de la Tierra, como es el caso de los esqueletos de estas esponjas marinas, por lo que es importante su estudio, mientras se aumentan, a la vez, los esfuerzos de conservación de la biodiversidad en el planeta.
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