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viernes, 12 de julio de 2013

Biomimicry: Mother Nature as a 3D Printer?

ORIGINAL: Triple Pundit
By Tamsin Woolley-Barker, Ph.D
July 11th, 2013
Last month, over 350 bio-inspired futurists from all over the world came together to ask how humans can learn from the rest of nature to create conditions conducive to Life. Not just sustainable economies, cities, and production systems, but a fundamentally new way of life that creates abundance, just as coral reefs and rainforests do. Welcome to the first Biomimicry 3.8 Global Conference, at the University of Massachusetts in Boston.

As I posted last week, the Conference’s opening day focused on “Generous Cities.“ These are urban environments that operate as regenerative ecosystems, actually improving the air, water, and land. On the Conference’s second day, that focus deepened and shifted away from buildings and cities, to the logistics of getting it done. “How would nature actually design the materials we need to build these cities?” Because, “at the end of the day,” said green chemist John C. Warner,we can only make products that are as sustainable as the building blocks we make them with.

We humans tend to solve each problem by creating a new polymer or plastic, none of which co-evolved with creatures to eat them. The result is that our “solutions” end up littering the Earth in perpetuity. Alternately, with all the cheap fossilized carbon lying around for us, it’s easy to apply energy to the problem: just plug it in and power it up! Unfortunately, burning yesterday’s carbon is changing the chemistry of our atmosphere faster than its inhabitants can adapt to it.

How would nature manufacture it?
Contrast our “plug-in/plastic” approach with that of our fellow Earthlings. Not having figured out how to eat fossils, they are on a pretty tight budget. They can only burn what they eat, and they have to make solutions from their own bodies or things they find around them. This leads to low-cost, highly-efficient structural solutions that use a handful of polymers, respond to the environment in adaptive ways, and can be broken down and reused by other creatures. This kind of problem-solving results in the highly interconnected and incredibly rich web of collaborative interdependence we call Life.

The flaccid sea cucumber, for instance, instantly goes rigid as a kevlar jacket, simply by changing the orientation of tiny cellulose “whiskers” in its gelatinous tissues. Likewise, tiny pores on the leaves of plants open up gracefully, breathing carbon dioxide for photosynthesis, then clamp shut minutes later to conserve precious water. The action is passive, triggered by changes in light, carbon dioxide concentrations, and water availability.
Learn from the ostrich egg  
Tom McKeag, editor of the beautifully-designed and award-winning bio-inspired digital magazine, Green Chemistry, set the stage for the idea of “regenerative manufacturing.” In a thought-provoking workshop called “Learning from the Ostrich Egg,” he presented the participants with a huge but humble marvel of engineering and clean design. What can our designers, material scientists, and architects learn from the egg? McKeag described its contradictory functional requirements. The egg must be strong enough to survive a precipitous drop from a very tall bird, then break apart for the tiny chick to hatch. It must be easily turned by the parent, but not roll away. Waste gases escape, but nourishing fluids remain. All these things and more are accomplished, using very few materials, all locally sourced and recyclable. The egg’s contradictory specifications, said McKeag, are what drive innovation and exquisitely efficient design.

3D printing revolution

The highlight of the day was a riveting presentation by MIT Media Lab Director Neri Oxman. Named one of Fast Company’s 100 Most Creative People, Oxman’s talk captivated the audience. She is at the forefront of the 3D printing revolution, looking to create synthetic “smart” materials that act as natural ones do. In nature, said Oxman, bones thicken in response to force, leaves grow toward light, and trees branches are shaped by wind. Why not a wrist splint that adapts to where you feel pain? Why not a lounge chair that shapes to your body and adjusts to your weight? With 3D printing, these possibilities become real.

A quick glance at an industrial manufacturing catalog will tell you that engineers like to assemble bits and parts. But that’s not how nature builds. Instead, living systems use a stripped-down palette of self-assembling materials that act in dramatically different ways with simple structural changes at the nano-, micro-, or macro level. The soft skin on your face, for instance, is not the same as the nasty stuff on the soles of your feet. An antelope’s hair, hooves, and horns are all made of keratin, but each does a quite different thing. We can do this with our materials too. What about printing with fiber optics to produce light-emitting objects? Or making a pair of glasses as a single piece that varies in transparency, rather than a separate frame and lenses?

But, said Oxman, our 3D printing technology has limitations. First, our feedstock is primarily non-structural plastic resin. Does it have to be? Not at all. The material can be whatever we decide it is as a society. Second, the size of the printing “frame” or gantry currently limits the size of the object. But what if we could scan and print freeform, using drones or robot arms? Third, current printers accrete horizontal layers, but living tissues build themselves organically, in three dimensions. How can we transcend our technology? Oxman’s team at MIT’s Mediated Matter set out to circumvent these limitations by developing the first freeform 3D printer, playing with different materials, and doing extensive digital consideration of desired objects. The result is a truly remarkable artistic vision of a not-so-distant, but radically transformative, future of “Making.”
Silk Pavilion

But as tantalizing as their findings were, Oxman said, the team remained frustrated by their primitive tools. Suddenly, she said, they hit on domesticated silkworms as living 3D printers, and the question became, “How would nature design a 3D printer?” They studied the “simple rules” used by silkworms in determining where and how to lay down silk, built a Buckminster Fuller-inspired geodesic dome scaffolding to elicit the desired responses, and released 6500 Bombina moryx silkworms. The worms “printed” the beautiful Silk Pavilion now hanging in the MIT Media Lab lobby, with “smart” variations in density and patchiness responding to light and substrate, consciously elicited by the team. In essence, the silkworm is a combined biocomputer and freeform printer, programmed by its DNA, printing with a biodegradable (and lovely) material, produced on-site simply by feeding the silkworms.

When asked what the future holds, Oxman lit up. She suggested that we could print objects perfectly designed by the requirements of a space itself. We could print with carbon nanotubules, effectively making a 4D printer that produces objects that adapt over time. This material would be “alive,” responding to light, heat, force, or humidity to create “smart” objects that adjust automatically to their environment. Or, she suggested, we could print large structures, like homes and bridges, using variable-density concrete to provide extra strength where it is needed and conserve material where it is not. She floated the possibility of changing the “printing material” or the “simple rules” of production through genetic engineering (like having silkworms print with spiderweb), or using other “living printers” like spiders, mushroom mycelium, vines, or corals. Could we cultivate self-assembling underwater structures from CO2, just as corals do today? The printers of the future could be robots inspired by these organisms, or something else entirely: a living scanner, printer, and biocomputer. Imagine “growing” your home, lighting, and furniture from “genetic blueprints” downloaded off the internet into a robot or a made-to-order living entity?

This vision elicited a predictably polarizing response from the audience. Many were horrified by the hubris of genetically engineering living creatures to act as our slaves. Biomimicry 3.8 Co-Founder Janine Benyus expressed this sentiment, standing up to say that biomimicry hopes to look beyond using organisms as raw resources, to a deep “process of learning from other fabricators. If you’re wearing cotton, a plant made it for you. If you’re wearing wool, a sheep made it for you. It’s time for humans to start making our own materials.

3D printing represents a transformative opportunity for us to redesign our manufacturing and consumption patterns, she said, pointing out that a great many of our machine parts are used to cut or grind away, literally subtracting, discarding, and wasting our planet’s precious resources. 3D printing, by contrast, is an additive process, using only what is needed. The time is coming, Benyus said, when we will “Make” everything we need at our neighborhood “Maker Shop,” exactly what, when, and where we need it, without waste or energy-intensive shipping. “But,” she added, “let’s make sure these printers aren’t tiny volcanoes on our desks,” dropping humanity out of the frying pan and into the fire. She implored the audience to make sure that locally abundant and benign feedstocks (ideally from the excess carbon dioxide in our atmosphere and oceans) become standard, materials that can be enzymatically digested at the end of product-life and fed back into our printers. Just like Nature would do it.

Dr. Tamsin Woolley-Barker is an evolutionary biologist, writer, and Biomimicry 3.8-trained sustainability and biomimicry consultant. She blogs at BioInspired Ink and serves as Content Developer for the California Association of Museums’ Green Museums Initiative. She is working on a book about organizational transformation and resilience inspired by living systems.

[image credits: Kevin Krejci, Nasturtium Leaf, Ed Bierman, Sea Cucumber, Colin Raney, Silk Pavilion at MIT]

martes, 12 de junio de 2012

Tuur diseña un pájaro de oro al mezclar arte y biología

ORIGINAL: El Colombiano
ALEJANDRO GÓMEZ VALENCIA
11 de junio de 2012

Los proyectos de Tuur se pueden conocer en www.tuurvanbalen.com. FOTO CORTESÍA TUUR VAN BALEN
Su proyecto, darle de comer a las palomas una bacteria inofensiva que convierta sus heces en jabón es una más de sus polémicas, visionarias y extrañas ideas.

Que las palomas defequen jabón para lavar las ventanas es una de las ideas de Tuur Van Balen, un artista belga que se dedica a explorar la biología sintética sin permiso de fronteras entre el arte y la ciencia.

Su proyecto, llamado Pájaro de Oro, le dio un Award of Distinction en los Prix, los premios que entrega el Festival Ars Electrónica de Linz y también generó polémica como posiblemente lo haga su más reciente idea: extraerse sangre propia con una sanguijuela para luego cocinarla de una manera especial y tratar así la melancolía. El artista explicó en una entrevista para EL COLOMBIANO sus propósitos con la biología sintética y su particular visión del mundo.

¿Cuál es la intención con el proyecto Pájaro de oro?
"Pájaro de oro es un trabajo en el que uso la biología sintética para hacer una paloma que defeque jabón. Con la ayuda de un bioquímico he creado una bacteria que puede vivir en el intestino de la paloma y hacer una versión biológica del jabón. La bacteria es tan inofensiva para la paloma como lo es para los humanos comer yogur, en teoría. La intención del trabajo es explorar las implicaciones políticas, éticas y estéticas del diseño biológico. Nos invita a considerar a las bacterias en el interior de la paloma y la paloma dentro de la ciudad. La modificación de las bacterias se convierte así en la modificación de nuestras condiciones de vida urbana. Creo que los marcos de trabajo con un conjunto de preguntas en torno a la biología sintética, que son relevantes hacer ahora, como la tecnología, están emergiendo de diferentes laboratorios rápidamente".

¿Qué lo inspiró para enfocarse en las palomas?
"Las palomas se sientan en una zona gris ética interesante, en torno a la manipulación de la vida y el desarrollo de tecnologías biológicas. Las palomas, de hecho, ya son un producto de la biotecnología: a través de generaciones, han recibido pan para volver a casa más rápido, ya sea para entregar correo o para propósitos de carreras. Esta es una de las razones por las que Charles Darwin también se interesó por ellas. Además, la cultura de las carreras de palomas viene con un conjunto de hermosos rituales, prácticas, personajes, lenguajes y objetos que ha sido muy inspirador para el proyecto".

Es un proyecto que ha recibido premios en festivales de arte, pero también ha generado polémica porque hay gente que cree que se trata de ingeniería genética, ¿cree válida o no esa polémica?
"La biología sintética es mucho más una biotecnología, pero no es exactamente lo mismo que tradicionalmente se llama ingeniería genética. No sólo los métodos son diferentes, parte de su visión y la ideología también. Además, creo que la biología sintética tiene el potencial de involucrar un conjunto muy diverso de profesionales: desde biólogos y artistas hasta científicos e ingenieros. Eso no significa que sea menos atemorizante. Pero creo que hace que el debate en torno a la posible (e imposible) aplicación e implicación de la tecnología más interesante".

¿En qué consiste ese raro proyecto que invita a cocinar y comer la propia bilis negra?
"Cook Me - Black Bile es un proyecto en el que puedo usar la biología sintética para desarrollar nuevas interacciones con el cuerpo. Estas interacciones se proponen como una nueva forma de cocinar, para adaptar una experiencia emocional a una persona específica en un momento determinado. He creado una receta que utiliza una sanguijuela que se había alimentado de mi propio cuerpo antes de cocinarla.

La receta está inspirada en la teoría de los Cuatro Humores de Hipócrates que ve el cuerpo como una entidad compuesta por cuatro sustancias básicas: 
  • la bilis amarilla, 
  • sangre, 
  • flema y 
  • bilis negro. 
Esta teoría inspiró el sangrado: una práctica médica común destinada a restablecer la salud física y mental al llevar estos fluidos corporales de nuevo al equilibrio. Cada sustancia está vinculada a un carácter específico, la bilis negro, en la ficción de estos cuatro fluidos, evoca el humor de la melancolía. Este trabajo examina el espacio entre las antiguas creencias y las incógnitas en el futuro, entre lo absurdo y la ciencia, la cocina y la farmacia".

¿El objetivo de sus proyectos es que en realidad sean aplicables o son una manera de llamar la atención sobre ciertos conceptos?
"Mi trabajo existe en su propio presente. Los objetos, fotografías o vídeos tienen el propósito de atraer a las personas en este presente para confrontarlas, preguntarles y confundirlas para que cuando salgan al otro extremo, consideren el futuro de manera diferente".

Varios de sus proyectos se relacionan con los anticuerpos, el agua, la tecnología, ¿cuál es su percepción sobre el futuro de las ciudades?
"La mayoría de la biología se convierte en tecnología, la mayoría de nosotros vamos a tener que reconsiderar las redes y los ecosistemas que vienen con esta tecnología. A diferencia de la tecnología del silicio, la biología puede evolucionar, criar, parasitar, morir, emerger, mutar ... las redes podrían ser los ecosistemas, las ciudades podrían ser organismos".

¿Cómo se imagina el futuro?
" El futuro es nuestra proyección actual de las esperanzas, miedos y deseos. El presente es una indefinición indefinida (e infinita). El mundo fue creado hace unos momentos, lleno de seres humanos que "recuerdan" un pasado ilusorio. El tiempo es un proceso mental".




Antecedentes

OTROS PROYECTOS DE TUUR VAN BALEN

Una de las consideraciones del artista Tuur Van Balen es que las ciudades son organismos vivos, por eso uno de sus proyectos que llamó la atención fue Biogeografía Urbana, un mapa que pretende mostrar la distribución de la biodiversidad en las ciudades. Los datos, asegura el diseñador, "podrían influir en los precios de la propiedad, impuestos municipales o el costo de su seguro de salud". Ese trabajo se relaciona con otro llamado Mi ciudad = Mi cuerpo que se centró en cómo el aumento de las biotecnologías pueden influir en nuestra futura interacción con la ciudad.