Diseñan nanofiltros de agua controlados por inteligencia artificial
Por su ultra sensibilidad, están pensados para ser usados con agua potabilizada de forma deficiente para el consumo humano. Su potencial radica en la capacidad para identificar qué elementos perjudiciales están presentes en el líquido y en adaptarse para retenerlos. El proyecto integra el catálogo UNC Innova, que impulsa la Secretaría de Innovación y Vinculación Tecnológica de la UNC. [12.12.2024]
Por Andrés Fernández Área de Comunicaciones y Eventos Secretaría de Innovación y Vinculación Tecnológica andres.fernandez@unc.edu.ar
El desarrollo de filtros para la purificación del agua constituye un segmento en constante innovación, en el que convergen avances científicos, tecnología industrial y un mercado que demanda soluciones cada vez más precisas.
En ese contexto, un proyecto impulsado por un equipo de investigación de la Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación (Famaf) de la UNC podría revolucionar este campo.
Se trata de un filtro capaz de sensar el agua y, mediante inteligencia artificial, adaptarse para retener selectivamente minerales, bacterias o metales pesados, según se requiera. Como utiliza machine learning, podrá aprender de los datos recabados y autorregularse frente a cambios inesperados en la composición del líquido.
La iniciativa ya alcanzó un nivel de madurez tecnológica TLR 3 (Technological Readiness Level), que corresponde a una prueba de concepto validada experimentalmente.
La clave se encuentra en un compuesto especial logrado a partir de grafito y otros elementos que se mantienen bajo secreto industrial. Los sucesivos tratamientos generan una combinación única entre ellos y logran que sus propiedades se potencien mutuamente. Esa sinergia habilita la función dual de sensado y filtrado.
La meta del grupo de desarrollo es lograr una plataforma ultrasensible, portátil, fácil de aplicar y con propiedades antimicrobianas. La idea es que pueda ser utilizada en sistemas de purificación del agua y actuar tanto a escalas micro como nanométricas.
El corazón del filtro es un compuesto generado a partir de una combinación estratégica entre óxidos metálicos y derivados del grafeno, ambos inertes y biocompatibles, ampliamente utilizados en el campo de la medicina y la remediación ambiental. En el sector industrial, estos óxidos metálicos se aplican como cubierta protectora sobre distintas superficies.
Los derivados del grafeno, en tanto, se obtienen a partir de grafito en polvo, similar al que se comercializa en las ferreterías para uso doméstico. A este material se le agregan ácidos para desencadenar una reacción química llamada “oxidación”.
Durante ese proceso de oxidación, se forman grupos que contienen oxígeno e hidrógeno sobre el sustrato basado en átomos de carbono. La extracción de esos “grupos funcionales”, como se los conoce, deja cicatrices en la matriz carbonosa. Pero lejos de ser perjudiciales, representan una oportunidad para el filtrado: los espacios vacíos son energéticamente ideales para atraer contaminantes o bacterias.
La plataforma posee un tercer componente que permanece bajo secreto industrial y es el encargado de provocar modificaciones en la superficie de la propia plataforma para aumentar su capacidad de retención.
Un material potenciado por IA
Una de las características únicas del grafeno es su versatilidad para adecuar sus propiedades fisicoquímicas ante el cambio en variables como el voltaje, temperatura, pH, luminosidad, fluorescencia, salinidad, saturación de oxígeno, entre otras.
En los nanofiltros inteligentes, esas variables serán registradas y analizadas por un microchip con inteligencia artificial para determinar con precisión qué elementos se encuentran en suspensión en el agua.
Actualmente el equipo trabaja en la construcción de una vasta base de datos que sirva como puntapié inicial: una radiografía de todo lo que podría llegar a encontrarse en el líquido analizado.
Esa “biblioteca” de información habilitará correlacionar distintas variables y ejecutar un análisis estadístico, de manera de asociar ciertas combinaciones de variables a contaminantes concretos.
El uso de herramientas de machine learning permitirá que el microchip conserve registros históricos de los distintos procesos de sensado y aprender de ellos. De esa manera, podrá identificar elementos presentes, aun cuando no tenga registro previo de él.
A partir de esa información, ese diminuto “cerebro” accionará los mecanismos para activar la retención de patógenos, bacterias o elementos contaminantes.
Spin-off de una empresa incubada
Noelia Bajales Luna es la directora del proyecto. Su estudio sobre los materiales que hoy ubican al nanofiltro inteligente en un horizonte de factibilidad, comenzaron hace más de una década, mientras realizaba un posgrado en Alemania.
Los nanofiltros que su equipo propuso para el certamen UNC Innova 2024 son, en rigor, una extensión de “Cianoclean”, un emprendimiento basado en el conocimiento científico y actualmente incubado en la UNC. Su objetivo: aportar una solución para el agua de consumo humano contaminada con cianobacterias u otros microorganismos.
Ese emprendimiento surgió tras la participación del grupo en i-Teams, el programa que promueve aportar soluciones a problemas concretos, a través de la transferencia de tecnología o la aplicación de resultados de investigaciones realizadas en el ámbito científico-académico.
Sobre el desarrollo de un producto con un objetivo puntual, Bajales Luna recupera sus experiencias en distintos asesoramientos a empresas privadas y pedidos concretos que recibió desde el sector industrial y minero a partir de sus publicaciones científicas.
En esa línea, destaca como valor central la interdisciplinariedad para el abordaje de problemáticas reales, así como la relevancia de espacios como i-Teams para la adquisición de habilidades que exceden el ámbito científico-académico, pero resultan indispensables para relacionarse con el sector socioproductivo.
“i-Teams me posibilitó capacitarme en modelos de negocios, formación de equipos de alto rendimiento y la búsqueda de financiamiento. Aportó una hora de ruta con los hitos a lograr, porque la forma de abordar el desafío, como científica, es distinto al abordaje desde el emprendedorismo”, subraya.
En el mismo sentido, la investigadora destaca el apoyo institucional de la UNC. Las distintas líneas de asesoramiento y capacitación, según apunta, resultan aportes de suma relevancia para acompañar al equipo en todo el proceso.
Imagen ilustrativa de las partes que compondrán el filtro. Se proyecta que en total mida unos siete centímetros de alto, por unos tres de diámetro (Render gentileza del equipo de investigación).
Equipo de trabajo
Noelia Bajales Luna (Física), Nicolás Martín (Física), Candelaria Martínez (Biotecnología), Agustina Crucianelli (Biología) y Sofía Sena (Biotecnología).
La experiencia de Emprende U
Días pasados, parte del equipo que trabaja en los nanofiltros participó en Emprende U, el certamen creado por la Universidad Nacional de Cuyo al que este año se sumó la UNC. Se trata de un espacio que ya cuenta con una década de historia y busca promover el desarrollo de habilidades emprendedoras en estudiantes universitarios y del nivel medio.
En esta edición, Candelaria Martínez, Agustina Crucianelli y Sofía Sena presentaron “Nanotech”, un proyecto que también apunta al desarrollo de nanofiltros con IA para purificar agua. A través de talleres, charlas y mentorías, las jóvenes lograron transformar su idea en un prototipo viable, lo que les aseguró un lugar en las semifinales, celebradas en Mendoza.
