Plantas cíborg, raíces que almacenan energía

Un equipo de investigadores ha desarrollado plantas biohíbridas con un sistema de raíces electrónicas. El nuevo dispositivo podría usarse para almacenar energía o como sensores electrónicos. La investigación ha demostrado además que es posible integrar circuitos y dispositivos electrónicos sin dañar la estructura de las plantas, las cuales se adaptan sin problemas a su nuevo estado.

Raíz sin tratar

Raíz sin tratar

Los investigadores encontraron el modo de integrar circuitos y dispositivos electroquímicos en las plantas sin dañarlas.

Foto: Istock

Sabemos que las plantas son unos organismos extraordinarios. Para empezar, son capaces de producir materia orgánica a partir de materia inorgánica, una función vital para la existencia de la vida tal y como la conocemos. Además, pueden convertir el dióxido de carbono en energía química, producen celulosa, el polímero más abundante del planeta, y se autorreparan a través de la regeneración de tejidos. Todo ello las convierte en unas candidatas perfectas para el desarrollo de sistemas tecnológicos biohídridos, aquellos que mezclan tecnología con organismos vivos.

Basándose en esta idea, un equipo de científicos liderado por la investigadora Eleni Stavrinidou, de la Universidad de Linköping, en Suecia, presentó recientemente un estudio sobre plantas biohídricas dotadas de un sistema de raíces electrónicas. Los investigadores encontraron el modo de integrar circuitos y dispositivos electroquímicos en las plantas sin dañarlas, de modo que pudieran seguir creciendo y desarrollándose mientras se usaban como supercondensadores o sensores electrónicos.

Los resultados allanan el camino para utilizar las raíces en el almacenamiento de energía, así como para la creación de supercondensadores biológicos basados en polímeros conductores y en celulosa, una alternativa ecológica para nuevos sistemas de almacenamiento que podrían incluso ser más asequibles que los que se emplean actualmente. De hecho, para comprobar sus beneficios, los científicos construyeron un supercondensador donde las raíces sirvieron como electrodos de almacenamiento de energía.

​Cómo convertir una planta en un cíborg

Lo primero que hicieron los investigadores fue sumergir las raíces de plantas jóvenes en una solución de oligómeros (una cadena molecular formada por varias estructuras similares enlazadas). Después de un tiempo apareció una capa oscura en ellas, la cual indicaba aquellas moléculas habían polimerizado las raíces, de manera que se había formado una extensa red de conductores en la epidermis de las células de la planta. Era como si se hubieran convertido por sí mismas en pilas naturales.

Raíces electrónicas

Raíces electrónicas

Al cabo de un tiempo apareció una capa oscura en ellas, la cual indicaba aquellas moléculas habían polimerizado las raíces (a la derecha). 

Foto: Sincrotrón ALBA

Además, no se habían visto afectadas por su nueva función, sino que se adaptaban completamente a su nuevo estado híbrido desarrollando un nuevo y complejo sistema de raíces. “El hecho de que sea el polímero el que tiene capacidad conductora, y que la planta favorezca que este se deposite en las raíces sin verse afectada y manteniendo todas sus propiedades resulta clave de cara a encontrar posibles aplicaciones”, explica a National Geographic Eduardo Solano, miembro del equipo científico de la línea de luz NCD-SWEET del Sincrotrón ALBA, quien participó en el experimento científico.

Las plantas se convirtieron en 'pilas' naturales, y se adaptaban sin problema a su nuevo estado híbrido.

Un mes después se cortaron las raíces para investigarlas. Los resultados mostraron que los conductores mixtos iónico-electrónicos integrados habían mantenido su funcionalidad mientras la planta continuaba creciendo y madurando. Los científicos fueron más allá. Colocaron electrodos y probaron las propiedades eléctricas de las raíces mediante mediciones de corriente y voltaje. Las raíces mostraron el comportamiento típico de los resistores ideales, y la capa de polímero conservaba sus propiedades conductoras incluso al cabo de un mes, mientras la planta seguía creciendo.

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Sensores electrónicos naturales

Otra posible aplicación de los sistemas basados en plantas son los sensores electrónicos. Por ejemplo, añadiendo un sensor de humedad en las raíces, se podría transmitir la información a través de la red de raíces electrónicas a un sistema inteligente, de modo que este pudiese incrementar o disminuir la frecuencia de riego. "Podríamos imaginar sistemas de plantas que pudieran comunicar las necesidades o excesos de ciertos componentes del suelo, dando lugar a la optimización de recursos en la agricultura o la detección temprana de contaminantes", quien afirma asimismo que, a más largo plazo, podrían fabricarse sistemas robóticos flexibles capaces de regenerarse, adaptarse y crecer si fuera necesario, tal y como lo hacen las raíces de las plantas.

Podrían fabricarse robots flexibles capaces de regenerarse y crecer, como lo hacen las plantas

La investigación, parte del proyecto europeo Hybrid Electronics Based on Photosynthetic Organisms (HyPhOE), cuyo objetivo es conseguir la simbiosis entre organismos fotosintéticos y tecnología, ha sido posible gracias a la colaboración del sincrotrón ALBA, un complejo de aceleradores de electrones que permite visualizar la estructura atómica y molecular de los materiales y estudiar sus propiedades.

Sincrotrón ALBA

Sincrotrón ALBA

Instalaciones del sincrotrón ALBA, en Cerdanyola del Vallès, Barcelona. 

Foto: Sincrotrón ALBA

En concreto, los científicos del ALBA consiguieron obtener más información sobre la organización y estructura del polímero a través de una técnica denominada dispersión de rayos X de ángulo amplio, (WAXS por sus siglas en inglés). De este modo, los rayos X impactaron sobre la superficie de la raíz (donde se encontraba el polímero) y permitieron la obtención de datos sobre la estructura del mismo, algo imposible de realizar sin una fuente de luz muy intensa como la del acelerador de partículas.

Futuras investigaciones determinarán posibles aplicaciones a este descubrimiento, pero es muy posible que en un futuro próximo podamos estar más conectados con la naturaleza de lo que pensamos.

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