Los proyectos de arrecifes de coral impresos en 3D que revitalizan la biodiversidad marina

Los arrecifes de coral son algunos de los ecosistemas más antiguos y diversos del planeta. Repletos de una gran variedad de organismos, incluidos corales y peces, representan un gran refugio de biodiversidad. Más allá de su importancia ecológica, proporcionan sustento y valor económico a millones de personas en todo el mundo. Sin embargo, estos ecosistemas vitales enfrentan un peligro inminente debido al cambio climático, junto con factores como la pesca, la degradación del hábitat y la creciente contaminación. De manera alarmante, las proyecciones indican que más de la mitad de todos los corales podrían desaparecer dentro de tres décadas, lo que llevó al Convenio sobre la Diversidad Biológica a clasificarlos como “altamente amenazados de extinción”. Para contrarrestar esta crisis, se ha encontrado una solución en la fabricación aditiva y las tecnologías 3D. En muchas industrias, instituciones, organismos internacionales y centros de investigación, se están aprovechando estas tecnologías para abordar el problema. Concretamente, se han logrado avances notables mediante la creación de arrecifes de coral sintéticos impresos en 3D para salvaguardar la biodiversidad de los océanos. A continuación os mostramos varios proyectos notables de los últimos años que utilizan las tecnologías 3D para defender la conservación de la biodiversidad marina.

D-Shape y la conservación de la bahía de Hong Kong

La empresa italiana D-Shape fue galardonada con el Premio Diseño para Asia 2022 por su diseño de arrecife personalizado adaptado a la Bahía de Hong Kong. Esta iniciativa representa el último paso dado por la Autoridad del Aeropuerto de Hong Kong para salvaguardar el medio marino local. Se colocaron estratégicamente un total de cien unidades de arrecifes artificiales para fomentar el crecimiento de una comunidad diversa de organismos, incluidas almejas, esponjas y algas. Estos arrecifes, elaborados en formaciones en forma de anillo con agujeros de diferentes tamaños, se crearon utilizando tecnología de impresión 3D y una mezcla de agregados de cantera y aglutinantes de cemento. Luego, los arrecifes se fijaron en estructuras de bambú para mayor estabilidad bajo el agua. Como resultado, los modelos impresos en 3D están preparados para proporcionar un hábitat a la vida marina y contribuir a la restauración del ecosistema.

Créditos: DFA Design for Asia Awards/D-Shape

El arrecife de coral impreso en 3D más grande del mundo

Dado que el 50% de los arrecifes han perecido en las últimas tres décadas, es imperativo tomar medidas para contrarrestar amenazas como el cambio climático, la sobrepesca y los daños causados por el hombre. Aprovechando la tecnología de impresión 3D, el Reef Design Lab de Australia ha logrado un hito importante al producir en las Maldivas el arrecife de coral artificial impreso en 3D más grande del mundo. Este logro implicó la creación de intrincados moldes en 3D que imitaban las estructuras naturales de los arrecifes, que luego se fundieron en material cerámico similar al carbonato de calcio que se encuentra en los arrecifes reales. Estas estructuras fueron sumergidas y pobladas con corales vivos, con la anticipación de que fomentarán nueva vida marina y florecerán como arrecifes vivos. Esta intersección de tecnología y conservación encierra una inmensa promesa para salvaguardar los océanos y fomentar la biodiversidad marina, mientras continúan los esfuerzos para reponer estos ecosistemas para las generaciones futuras.

Corales 3D para el crecimiento de algas microscópicas

Las algas y los corales participan en una colaboración simbiótica fundamental para el crecimiento de los arrecifes de coral. Al reconocer esta interdependencia, científicos de la Universidad de Cambridge y la Universidad de California en San Diego han sido pioneros en la creación de estructuras de coral utilizando la tecnología de bioimpresión 3D de vanguardia. Estas estructuras de coral facilitan el cultivo de algas microscópicas. Empleando materiales biocompatibles, los corales biónicos se construyen mediante una mezcla de geles e hidrogeles poliméricos infundidos con nanomateriales de celulosa, imitando con precisión la composición de los tejidos de los corales. La rapidez del proceso de bioimpresión 3D constituye una ventaja notable, ya que permite la producción de estas estructuras en cuestión de minutos, al tiempo que garantiza la viabilidad de las células integradas.

Primer plano de microalgas a una escala de 10 μm. (Créditos: Bionic 3D printed corals/nature communications)

SECORE y el cultivo de corales

Boston Ceramics y Emerging Objects han unido fuerzas con la organización conservacionista SECORE (Sexual Coral Reproduction). Se trata de una iniciativa de colaboración que se centra en comprender los comportamientos reproductivos de los corales. SECORE reúne óvulos y esperma de coral liberados naturalmente y los nutre en ambientes controlados hasta que se transforman en larvas flotantes. Posteriormente, estas larvas se colocan dentro de estructuras impresas en 3D para atraer y facilitar la fijación de los corales. Una vez firmemente fijadas, estas se colocan estratégicamente en zonas de arrecifes con el fin de restaurarlas. A lo largo de este proyecto, las estructuras se fabricarán utilizando un material cerámico procedente de Boston Ceramics, y Emerging Objects facilitará el proceso de impresión 3D.

La restauración de poblaciones de bacalao y ostras

WWF se dedica a defender la biodiversidad a través de diversas iniciativas. Por ejemplo, en 2018, se estableció una asociación estratégica entre la empresa energética danesa Ørsted y WWF Dinamarca, que condujo al despliegue de un arrecife impreso en 3D en la región de Kattegat en el Mar del Norte, situada entre Dinamarca y Suecia. El objetivo principal era evaluar la contribución de las estructuras impresas en 3D a la biodiversidad. El agotamiento de las poblaciones de bacalao estaba provocando alteraciones en la cadena alimentaria natural, lo que llevó a la creación del arrecife impreso en 3D para facilitar la restauración del equilibrio ecológico. En Dinamarca, esto marcó el proyecto inaugural de este tipo, aunque WWF ya tenía experiencia previa con arrecifes impresos en 3D. WWF Países Bajos inició esfuerzos similares en colaboración con la empresa australiana Reef Design Lab y la empresa italiana D-Shape. En el Mar del Norte, se colocaron unidades de arrecife impresas en 3D para rejuvenecer los arrecifes de ostras. Estas unidades, creadas en Rotterdam, están compuestas por un 70% de arena y un 30% de cemento puzolánico. Se desplegaron aproximadamente 50 unidades de arrecife que medían 50×120 cm y el seguimiento continúa a medida que avanza la investigación.

Seaboost, una estructura de arrecife para buceadores

Después de un lapso de tres años dedicados al desarrollo, en 2022 se ubicó en el mar Mediterráneo una aldea fabricada de arrecifes artificiales impresos en 3D. El módulo central, con unas dimensiones de 6,5 metros de altura y una superficie de 8×6 metros, se sitúa ahora en la reserva marina a 20 metros de profundidad, acompañado de módulos secundarios de menor tamaño. El objetivo principal de este esfuerzo es aliviar la presión sobre las reservas naturales causada por el fondeo de embarcaciones y las actividades de buceo, salvaguardando así los hábitats naturales de los corales. Al facilitar la exploración de este sitio fabricado, los buceadores pueden alejarse de los sitios de coral naturales. Esta iniciativa forma parte del programa nacional Reciflab y fue ejecutada por el Departamento de Medio Marino de la ciudad de Agde, en consulta con clubes regionales de buceo y asociaciones marítimas. Seaboost Ecologic Engineering en colaboración con Centrale Marseille supervisó el proyecto, mientras que empresas especializadas como XtreeE y CyBe Construction contribuyeron con su experiencia en impresión 3D, utilizando hormigón con bajas emisiones de carbono para diseñar las paredes. El componente final del proyecto concluyó en abril de 2022.

Créditos: Seaboost, Côte Agathoise Marine Protected Area

Una medusa robot impresa en 3D

Uno de los enfoques para la conservación marina implica la creación única de medusas robóticas impresas en 3D. Llamadas «Jellybots», han sido desarrolladas por la Universidad de Florida Atlantic y la Oficina de Investigación Naval de los Estados Unidos. Estos robots de intrincado diseño imitan los movimientos de las medusas reales, permitiéndoles navegar en espacios reducidos dentro de los arrecifes de coral y recolectar desechos sin causar daño. Actuando como guardianes de los océanos, los Jellybots tienen como objetivo monitorear y proteger estos frágiles entornos. Con tentáculos hidráulicos movidos por bombas impulsoras, los Jellybots maniobran con gracia a través del agua, emulando el movimiento ondulante de las medusas. A medida que esta tecnología evoluciona, los investigadores aspiran a equipar estos robots con sensores ambientales y algoritmos de navegación avanzados, preparados para contribuir significativamente a la investigación y los esfuerzos de conservación marinos.

Créditos: Erik Engeberg

archiREEF, la impresión 3D de tejas hexagonales de terracota

La iniciativa archiREEF destinada a la restauración de corales en las aguas de Hong Kong, imprime en 3D estructuras hexagonales compuestas de terracota (arcilla) para que sirvan como plataformas de asentamiento para los corales. El objetivo no es reemplazar los hábitats de coral existentes, sino estimular la recolonización de estos sitios por parte de las especies. La elección de la terracota se debe a su composición natural, que refleja principios de biomímesis. El proceso de fabricación involucró a un robot industrial de seis ejes que integraba una extrusora de arcilla, utilizando la técnica Direct Ink Writing (DIW). Se empleó un algoritmo para diseñar las tejas, facilitando la adaptabilidad a diversos ambientes y organismos, particularmente manglares y ostras. Los responsables del proyecto archiREEF eligieron la fabricación aditiva debido a su capacidad para incorporar parámetros específicos del lugar, fomentando la personalización para varias especies de coral a nivel mundial. Además, permite la creación de formas complejas que van más allá de las capacidades de los métodos de fundición convencionales, y al mismo tiempo es rentable. Así, el proyecto archiREEF se centra en crear estructuras precisas a pequeña escala para albergar microorganismos altamente vulnerables y reforzar así la biodiversidad.

Créditos: archiREEF

Arrecifes impresos en 3D en Dubai

Dubai, como muchas ciudades de la costa, se enfrenta a una serie de desafíos debido al cambio climático, incluido el aumento del nivel del mar. Como tal, la ciudad trabaja cada vez más en la restauración marina como una forma de abordar estos problemas, incluso con los arrecifes del Golfo Pérsico. Aquí destacamos el proyecto Dubai Reefs, una iniciativa liderada por URB que es a su vez una empresa conocida por sus avances hacia ciudades más sostenibles. El proyecto espera mejorar los ecosistemas costeros de Dubai, incluso mediante la creación de un arrecife artificial de 200 kilómetros cuadrados. Esto se realizará con impresión 3D para crear diferentes formas y texturas que se adapten mejor a los entornos naturales. La bioimpresión también se utilizará para desarrollar biomateriales que puedan albergar microalgas vivas.

Salvando la Gran Barrera de Coral con la impresión 3D

Una de las Siete Maravillas Naturales del Mundo, la Gran Barrera de Coral es uno de los principales destinos turísticos de Australia. Sin embargo, como muchos otros arrecifes en todo el mundo, ha sufrido mucho en los últimos años, decolorándose como resultado del aumento de la temperatura del mar, la sobrepesca y la contaminación. Es por eso que se están realizando tantas investigaciones para salvar este lugar icónico, incluso mediante el uso de la impresión 3D. Un proyecto específico, financiado por la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah en Arabia Saudita, utiliza la bioimpresión para transportar células vivas a modelos creados en 3D con el fin de regenerar corales vivos nuevos. En esencia, el equipo utiliza un molde de silicona hecho con una tinta de carbonato de calcio ecológica en la que los corales pueden crecer, ya que tiene una superficie muy similar al esqueleto de un coral. La ventaja del proyecto es que permite un crecimiento de coral mucho más rápido que otros métodos y se están realizando más investigaciones para ver si en el futuro la impresión 3D submarina podría ser posible para más aplicaciones.

Créditos: Anastasia Serin, King Abdullah University of Science and Technology

Coastruction busca proteger las costas

La creación de arrecifes artificiales es una de las principales formas de abordar el problema de los corales en todo el mundo. Otra empresa que utiliza impresión 3D y materiales sostenibles para crear arrecifes impresos en 3D es Coastruction. Aunque aún no tiene muchos proyectos, se diferencia por imprimir únicamente con materiales naturales, elaborados en una mezcla de polvo seco. El cabezal de impresión deposita selectivamente agua como activador del cemento, lo que permite que se formen áreas sólidas de mezcla seca, funcionando de manera similar a la inyección de aglutinante. Luego, la empresa puede construir formas orgánicas geométricamente complejas que se han inspirado en la naturaleza para optimizar los nuevos arrecifes artificiales en el entorno local. El equipo ya ha instalado arrecifes en Cerdeña y las Maldivas.

Créditos: Coastruction

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