No todos los días unas vacaciones de buceo allanan el camino para una posible innovación tecnológica, y mucho menos una que implique cerumen. Sin embargo, eso es precisamente lo que le sucedió a Alexis Noel.
La candidata a doctorado en ingeniería mecánica en el Instituto de Tecnología de Georgia describió su viaje de buceo, la posterior oreja obstruida por el agua de su novio y el culpable, la cera del oído, que mantuvo el agua atrapada detrás de su tímpano a su profesor, David Hu. En poco tiempo, los dos se involucraron en discusiones detalladas sobre la sustancia pegajosa.
Luego golpeó: ¿Qué más se puede aprender del cerumen?
Intrigado, Noel explica que el material ceroso está continuamente “estresado y conformado” en varias formas debido a los movimientos de la mandíbula que obligan al canal auditivo a tambalearse entre formas ovales y redondas. Estos cambios finalmente fracturan la cera de los oídos, lo que finalmente hace que se caiga de la oreja (aunque en piezas minúsculas, apenas visibles).
Cuando se trata de la capacidad del cerumen para filtrar partículas de polvo, dice que está filtrando el polvo mucho antes de que salga del oído. Este proceso comienza cuando el cerumen cubre los pelos de las orejas y crea una estructura similar a una red. Explica que esta estructura se encuentra "muy probablemente" dentro de las orejas de todos los mamíferos y desempeña un papel en la recolección de polvo.
"A medida que el aire circula dentro y fuera del oído, las partículas de polvo son atrapadas por el líquido pegajoso", dice Noel. La cera del oído finalmente se satura con polvo, lo que hace que se fracture y se caiga del oído.
La gente suele reservar cerumen para hisopos de algodón. Pero Noel se preguntó, ¿podría haber un uso práctico fuera del canal auditivo?
"Estoy imaginando la filtración de aire en el hogar", dice Noel sobre una posible aplicación, refiriéndose a las unidades de CA y los filtros de aire portátiles. "Un filtro tipo cera puede durar más que los tradicionales de malla".
Ella y su entonces investigador universitario Zac Zachow comenzaron a examinar las propiedades fluidas de la cera de cerdos, perros, ovejas y conejos. Estudiar la cera de los animales, en lugar de la humana, significaba evitar las grandes cantidades de papeleo requeridas para esto último, lo que les permitía trabajar mucho antes. Su expectativa era que las propiedades del fluido fluctuarían entre cada animal, pero lo que descubrieron fue sorprendente.
Alexis Noel y su equipo recolectaron y estudiaron muestras de cera de varios animales. (A. Noel, Z. Zachow y D. Hu, Georgia Tech) "Recolectamos muestras de animales muertos de otro laboratorio en asociación con Georgia Tech", dice Noel. Ella explica que su viscosidad de cerumen era "exactamente la misma, ya fuera de un conejo pequeño o de un cerdo grande. Las propiedades del fluido eran idénticas ”. Independientemente del contaminante (heces, suciedad, polvo, etc.), el cerumen continuó fluyendo dentro del oído.
A Noel le pareció interesante que el cerumen de un animal grande tenga las mismas propiedades que uno más pequeño, pero no se sorprendió por completo, considerando que los fluidos como la mucosa o la sangre generalmente permanecen consistentes entre los animales.
Ahora armado con información sobre las propiedades de los fluidos de cerumen, Noel planea evaluar la capacidad máxima de retención de polvo de cerumen, tanto humana como animal. Ella tiene curiosidad acerca de "cuánto polvo se requiere para llegar a ese estado desmoronado".
Luego viene la extracción de datos. "Examinaremos el punto de fractura para muestras de cerumen con concentraciones variables de polvo", explica. "Agregaremos polvo a las muestras de cera de los oídos, observando si ocurre una fractura y trazando el punto de fractura versus la concentración de polvo". Noel agrega que esto puede proporcionar información sobre la longevidad de los futuros sistemas de filtración.
El cerumen humano es efectivo para recolectar polvo porque crea una red alrededor del vello de las orejas. (A. Noel, Z. Zachow y D. Hu, Georgia Tech) Con la investigación en curso, determinar posibles aplicaciones, en este momento, es algo prematuro, explica Noel. Ella continúa imaginando un sistema de filtración de aire en el hogar que incorpora una sustancia similar a la cera del oído optimizada para la máxima capacidad de polvo y puntos de fractura. Aún así, sus ruedas están girando. Como una ávida fanática del espacio, ella dice que algún día "me encantaría que se aplicara a algún espacio".
Beth Rattner, directora ejecutiva del Instituto de Biomimética de Missoula, Montana, se alegró de conocer la investigación de Noel.
"Siempre nos emociona escuchar la participación de los científicos en nuevas oportunidades de investigación y cómo podrían inspirar tecnologías creativas y más sostenibles", dice Rattner. "Es especialmente fascinante que esto implique cerumen, algo con lo que todos vivimos todos los días pero que rara vez pensamos". Esperemos que algún día les digamos a nuestros lectores en AskNature.org acerca de los filtros de aire de alta tecnología inspirados en la cera del oído, junto con los filtros de agua inspirados en las proteínas de la ballena y la acuaporina "
AskNature.org es un sitio web del Instituto de Biomimética que permite a la comunidad encontrar, seleccionar y crear estrategias y soluciones de diseño sostenible, todas inspiradas en la naturaleza.
En Biomimicry 3.8, la organización hermana del Instituto, Mark Dorfman ha trabajado como químico de biomimética durante 10 años. La investigación de cera en los oídos de Noel lo hace pensar en medusas, en todas las cosas.
Cuando las medusas bombean sus cuerpos, explica, generan vórtices que crean un flujo específico. Esto puede significar que los futuros sistemas de filtración de polvo tal vez podrían involucrar tubos suspendidos tipo aguijón, que funcionan en conjunto con sustancias similares a la cera de los oídos, todo en un esfuerzo por dirigir, capturar y filtrar las partículas adecuadamente.
Dorfman también está intrigado con las características desmoronadas de la cera de los oídos, que cree que podrían tener algún valor comercial potencial.
"Los procesos industriales son a menudo continuos, en lugar de discontinuos, por lo que cerrar las operaciones para limpiar los sistemas de filtración es algo que los gerentes de operaciones intentan evitar", dice. “Es por eso que la idea de sustancias pegajosas que atrapan partículas en el aire no ha sido una opción deseable a menudo. Sin embargo, si la sustancia pegajosa cambia sus propiedades tras la saturación de partículas para que se caiga del sustrato similar a una red al que estaba adherida, creo que podría ser de nuevo interés como una solución viable ".
Las ruedas de Dorfman también están girando.
"Quizás podría haber un sistema en el que se aplicara una sustancia similar a la cera de los oídos en capas, de modo que a medida que la capa superficial se sature y se caiga, quede expuesta una nueva y nueva capa de captura de partículas", dice. "Todavía estoy asombrado por el hecho de que la naturaleza siempre revela nuevas estrategias sorprendentes para inspirar soluciones a los desafíos industriales modernos".
Para Noel, la búsqueda de soluciones en la naturaleza no termina en cerumen. Ella ha estado explorando lenguas de gato. Noel tuvo la suerte de observar la lengua de un tigre, una circunstancia que surgió después de que el tigre del zoológico de Atlanta, Kavi, muriera a fines del año pasado.
Las lenguas de gato están cubiertas de espinas flexibles que se agarran a los enredos del pelaje y los separan. El estudio de las fuerzas de punción entra en juego con todo esto, dice Noel.
"Visualizamos algún tipo de aplicación de cepillo desenredante y fácil de limpiar que viene de este trabajo de lengua de gato", dice Noel. "Puedo imaginar un cepillo para humanos o mascotas fácilmente, pero también analizaremos aplicaciones alternativas como las tecnologías de limpieza de alfombras".
Toda esta investigación es ciertamente interesante, por decir lo menos. ¿A dónde va desde aquí?
Digamos que definitivamente estaremos atentos a los detalles futuros.
