Investigadores de la UNC diseñan nanofiltros controlados con IA que podrían revolucionar el consumo de agua

Un equipo de investigación de la Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación (Famaf) de la Universidad Nacional de Córdoba (UNC) lleva adelante un proyecto que podría revolucionar el consumo de agua potable.

Se trata del diseño de nanofiltros de agua controlados por inteligencia artificial (IA), capaces de sensar el agua y descubrir bacterias, minerales o metales pesados, según se requiera. El diseño del prototipo fue ideado completamente por los investigadores.

Mediante el uso de la machine learning (aprendizaje automático), la tecnología aprende de los datos recabados y se autorregula ante los cambios inesperados en la composición del líquido. El objetivo es que estos nanofiltros inteligentes puedan ser usados en equipos de purificación de agua o sistemas de filtrado y sensado a escalas nano y micrométrica.

El proyecto surgió hace un año en el contexto de iTeams, un programa de vinculación desarrollado por el Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (Conicet), la Secretaría de Innovación y Tecnología de la UNC y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de la Provincia. Allí, investigadores de diferentes disciplinas fue matcheado y se armó el equipo que lleva adelante la idea.

La investigación está liderada por la doctora en física Noelia Bajales Luna, investigadora del Conicet-UNC, el físico Nicolás Martin, también investigador del Conicet-UNC, y el resto del equipo lo conforman las biotecnólogas Candelaria Martínez de Biotecnología y Sofía Sena de Biotecnología, y la bióloga Agustina Crucianelli.

“El desafío que tenemos como científicos es resolver un problema de impacto local, global y regional, y ponerlo a disposición. Y este programa permite la formación de equipos de alto rendimiento; saber cuáles son los canales de financiamiento de los proyectos, por ejemplo con la biotecnología, y cuáles son las aceleradoras”, dijo Bajales Luna a La Voz, especialista en nanotecnología del carbono.

Una de las líneas de investigación de la experta se basa en los materiales derivados del grafeno, compuesto por carbono, que se utiliza para solucionar la contaminación del agua, trabajo que derivó en los nanofiltros potenciados por la IA, una tecnología nueva con muchos aportes. Esta herramienta se perfila como una de las soluciones por ejemplo: para mitigar las cianobacterias del lago San Roque o para la transformación del agua de mar en agua dulce.

La iniciativa, reconocida como una propuesta innovadora por el certamen UNC Innova, alcanzó el nivel de madurez tecnológica TLR 3/4 (Technological Readiness Level), con validación experimental en laboratorio.

Incluso, parte del equipo participó de Emprende U, el certamen creado por la Universidad Nacional de Cuyo al que este año se sumó la UNC, donde presentó Nanotech, un proyecto que también apunta al desarrollo de nanofiltros con IA para purificar agua.

Material novedoso

El proyecto, de naturaleza interdisciplinaria (física, biotecnología y biología) propone el desarrollo de un filtro sensor formado por nanomateriales. Es decir, materiales con dimensiones comprendidas en el rango de 100 nm o menos, lo que permite identificar, a escala laboratorio, las propiedades físicas y químicas de ciertas partículas presentes en el agua de consumo humano cuando están en contacto con el nanofiltro sensor, donde la incidencia de la luz y exposición a diversas temperaturas son fundamentales para conocer el comportamiento de las mismas.

“Ese material es novedoso porque tiene la capacidad de modificar sus propiedades conductoras y térmicas en función de esa interacción. Los datos relevados son grabados y retenidos en un chip, en actual etapa de validación, para enseñar a la IA”, explicó Noelia Bajales Luna.

De este modo, con la IA se podrá determinar con precisión qué elementos se encuentran en suspensión en el agua. Actualmente, el equipo trabaja en la construcción de una base de datos depurada que servirá para armar una especie de radiografía de lo detectado en el líquido para “enseñarle” a la IA.

Además, el uso de herramientas de machine learning permitirá que el chip conserve registros históricos de procesos de sensado. Así podrá ofrecer trazabilidad e identificar elementos presentes en el agua, aún cuando no haya registro previos de ellos. “La IA mostrará la concentración que hay en el agua en tiempo real y brindará una especie de alarma ante ciertos contaminantes”, destacó Martin.

El objetivo del grupo de trabajo es lograr una plataforma ultrasensible, portátil, fácil de aplicar y con propiedades antimicrobianas. “Ahora, nuestro foco está puesto en avanzar en una solución a problemas locales y en esta etapa es crucial lograr el financiamiento”, remarcó la científica.

El estudio ya es solicitado por empresas e instituciones que buscan purificar o potenciar el filtrado de agua para consumo humano. Y la finalidad de los investigadores es “salir” de la etapa de incubación para lograr la patente y, de este modo, llevarlo al mercado dentro de tres o cuatro años.

Cómo funciona

El nanofiltro inteligente consiste en un compuesto fabricado a partir de una combinación estratégica entre derivados del grafeno, óxidos metálicos y un tercer elemento que está bajo secreto industrial, biocompatibles y ampliamente usados en el campo de la medicina y la remediación ambiental.

“Para fabricar los óxidos nos valemos de celdas de teflón y acero, a través de grillas, usadas en las industrias y adaptadas en nuestro laboratorio. En cada paso aplicamos creatividad en el diseño de los dispositivos fabricados a medida de lo que necesitamos resolver para avanzar “, afirmó Bajales Luna.

Los derivados del grafeno son obtenidos a partir del grafito en polvo, parecido al que se comercializa en las ferreterías para uso doméstico. A ese material se le agregan ácidos para desencadenar una reacción química llamada oxidación, proceso mediante el cual se forman grupos que contienen oxígeno e hidrógeno sobre el sustrato basado en átomos de carbono.

La extracción de estos grupos deja cicatrices en la matriz carbonosa que representan una oportunidad para el filtrado: los espacios vacíos son ideales para atraer contaminantes o bacterias.

La plataforma también posee un tercer componente que es el encargado de provocar modificaciones en la superficie de la propia plataforma para aumentar su capacidad de retención.

Las dimensiones estimadas del nanofiltro inteligente son de tres centímetros por siete centímetros aproximadamente, el cual se podrá acoplar a una canilla de agua. El desafío a futuro es su ampliar su uso a las plantas potabilizadoras.