Estos hongos podrían revolucionar la ingeniería: científicos copian su estructura para diseñar materiales más resistentes y sostenibles

Un grupo de ingenieros de Binghamton University y UC Merced ha descubierto que la clave para crear materiales más fuertes y ligeros podría estar en la estructura interna de los hongos. Al estudiar cómo los filamentos microscópicos llamados hifas se organizan dentro de distintas especies, los investigadores han logrado simular redes que cambian de resistencia según la orientación de sus fibras. Esto abre la puerta a materiales bioinspirados que no requieren nuevos compuestos, solo una arquitectura más inteligente.

El hallazgo, publicado en Advanced Engineering Materials, revela que los hongos no solo son organismos fascinantes desde el punto de vista biológico, sino que también ofrecen valiosas lecciones para la ingeniería. En especial, el estudio se centró en dos tipos de setas: el champiñón blanco, con una disposición aleatoria de hifas, y el maitake, cuya estructura interna tiene una orientación definida. Este simple cambio en el orden interno genera una diferencia radical en sus propiedades mecánicas.

Los resultados fueron sorprendentes: sin añadir nuevos componentes ni cambiar la composición química, los investigadores lograron duplicar la rigidez del material en sus simulaciones computacionales. El secreto estaba en cómo se orientan los hilos microscópicos que forman la estructura, un principio con aplicaciones potenciales en campos como la aviación, la medicina o el diseño de empaques sostenibles.

Hifas: los hilos invisibles que sostienen al hongo (y quizás al futuro de la ingeniería)

Los hongos están formados por hifas, finos hilos de células fúngicas que crecen formando redes densas y complejas. Aunque invisibles a simple vista, estas estructuras son capaces de formar cuerpos fructíferos como las setas, y dotarlas de una sorprendente resistencia estructural. Algunas especies, de hecho, pueden abrirse paso incluso entre el concreto para emerger a la superficie.

En el laboratorio, los científicos extrajeron toda el agua de los hongos para centrarse en su arquitectura interna sin que la humedad influyera en los resultados.

Luego, usaron microscopía electrónica y pruebas de compresión para evaluar qué tan resistentes eran los distintos tipos de hifas cuando se aplicaba presión desde diferentes ángulos. Así, comprobaron que no todos los hongos son iguales por dentro.

El maitake se robó el protagonismo: sus hifas más gruesas y alineadas en una dirección concreta le conferían una resistencia mucho mayor cuando se aplicaba fuerza en ese mismo sentido. En cambio, los champiñones blancos, con sus hifas orientadas al azar, mostraban la misma blandura sin importar desde qué dirección se les apretara. La orientación del tejido, más que su composición, marcaba la diferencia.

Modelar el futuro: del bosque a las simulaciones 3D

Para verificar si esta organización influía tanto como parecía, el equipo construyó modelos computacionales en 3D usando estructuras conocidas como tesselaciones de Voronoi. Estas redes digitales imitan cómo se conectan las hifas y permiten simular qué ocurre cuando se aplican fuerzas externas desde distintos ángulos.

Las simulaciones revelaron que, al cambiar la orientación de los filamentos de horizontal a vertical, la rigidez del material casi se duplicaba. Es decir, sin cambiar ni un solo ingrediente, solo reorganizando los elementos, se podía obtener un material mucho más resistente. Y en ciertos ángulos intermedios, como los 60 grados, el comportamiento se parecía al de los champiñones con hifas al azar.

Este hallazgo tiene un potencial revolucionario: podría permitir el diseño de estructuras fuertes, ligeras y sostenibles sin necesidad de emplear materiales costosos o difíciles de reciclar. En lugar de buscar nuevas sustancias, bastaría con copiar el patrón oculto en la naturaleza.

Más allá del laboratorio: ¿para qué sirven los materiales inspirados en hongos?

El estudio sugiere que una reconfiguración estratégica del diseño interno puede reemplazar procesos químicos complejos o el uso de materiales compuestos. Esto es especialmente relevante para la industria aeroespacial, donde cada gramo cuenta y los materiales deben soportar fuerzas en direcciones específicas. Un ala de avión o un satélite podrían beneficiarse de esta estrategia natural.

En medicina, la idea de copiar la arquitectura de los hongos podría aplicarse en la fabricación de prótesis, donde la rigidez debe ajustarse para imitar al hueso humano sin ser ni demasiado frágil ni excesivamente rígido. También permitiría personalizar dispositivos médicos según las necesidades de cada paciente.

Además, empresas que trabajan con materiales biodegradables —como cuero de micelio o empaques a base de hongos— podrían mejorar sus productos sin cambiar de materia prima. 

Controlando la dirección de crecimiento de las hifas durante el cultivo, podrían fabricar objetos con propiedades mecánicas específicas, más duraderos o más flexibles según lo que se necesite.

El desafío de simplificar lo complejo

Aunque los resultados son prometedores, el equipo reconoce ciertas limitaciones. Por ejemplo, los experimentos se realizaron con hongos secos, lo que no refleja completamente cómo se comportan en su estado natural. Además, la variabilidad entre hongos reales y las simplificaciones necesarias para los modelos digitales podrían dejar fuera ciertos factores.

Aun así, el hecho de que estructuras tan simples como hifas puedan explicar variaciones tan grandes en la resistencia de un material ofrece un campo fértil para futuras investigaciones. Una de las claves está en explorar otras direcciones de esfuerzo, más allá de la compresión vertical que se probó en este estudio.

La buena noticia es que el diseño bioinspirado ya no necesita ser intuitivo ni experimental. Con modelos como los desarrollados por este equipo, los ingenieros podrían predecir con precisión el comportamiento de un material antes de construirlo, ahorrando tiempo, dinero y recursos.

Lo que los hongos pueden enseñarnos sobre sostenibilidad

Más allá de la innovación técnica, este trabajo plantea una reflexión más profunda: la naturaleza ya ha resuelto muchos de los retos que enfrentamos en la ingeniería actual. Los hongos, con su red de hifas microscópicas, nos recuerdan que la organización interna puede ser tan decisiva como los materiales en sí.

El micelio —la parte subterránea del hongo— ha captado el interés de diseñadores, arquitectos y ecologistas por su capacidad de crear estructuras resistentes, biodegradables y adaptables. Este nuevo estudio va un paso más allá, aportando la base científica para entender cómo estas propiedades emergen desde dentro.

Tal como expresó Mir Jalil Razavi, de la Universidad de Binghamton y uno de los autores del estudio: Apenas estamos comenzando a aprender lo que la naturaleza puede enseñarnos. Quizás, al observar con atención un hongo, estemos espiando los planos de los materiales del futuro.

Cortesía de Muy Interesante

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