Cómo hacer un huerto en la Luna

En 2019, una planta comenzó a crecer por primera vez en la Luna. Durante unas horas, un brote surgió de una semilla de algodón enviada por China en una biosfera en miniatura junto a semillas de otros vegetales y huevos de mosca de la fruta en la sonda Chang’e 4. La vida efímera de la planta no ofrecerá demasiada información sobre el desarrollo vegetal en las condiciones de la gravedad lunar, pero es un paso más para hacer posible la siguiente etapa de exploración espacial tras la retirada de la Estación Espacial Internacional (ISS). Una futura colonia en la Luna, que China ya plantea para la década de 2030, necesitará sus propios alimentos.

Desde que en 1982 los cosmonautas rusos lograron hacer crecer una planta de Arabidopsis thaliana, un tipo de hierba, a bordo de la estación espacial Salyut 7, las tecnologías para cultivar vegetales en el espacio han seguido progresando. En el verano de 2015, los astronautas estadounidenses comieron por primera vez de forma oficial lechuga cultivada a bordo de la ISS. Los cosmonautas rusos llevan consumiendo parte de su cosecha desde 2003.

Para dar el siguiente paso, varios grupos de investigación de todo el mundo están llevando a cabo proyectos para recrear el terreno marciano o el de la Luna y definir y resolver los problemas que se encontrarán los astronautas agricultores. Wieger Wamelink, investigador de la Universidad de Wageningen (Holanda), es uno de estos investigadores. “Por un lado, se podrían hacer cultivos hidropónicos en infraestructuras bajo tierra. Creo que eso lo podríamos hacer si contásemos con los recursos necesarios y no sería demasiado difícil”, explica Wamelink. Sin embargo, ese sistema, que no necesitaría de un suelo y aportaría a las plantas sus nutrientes disueltos en agua, requiere una mayor cantidad de energía y no permitiría cultivar alimentos básicos como las patatas. Se deberían combinar ambas técnicas. “Las patatas dan mucho mejor rendimiento que, por ejemplo, el arroz, son muy importantes”, puntualiza Wamelink.

El cultivo en el suelo lunar requiere una adaptación. Por ahora, en los suelos de luna simulados “hemos logrado unas cosechas equivalentes al 50% de las que conseguimos en suelo terrestre”, señala. “Creo que uno de los problemas es la cantidad de aluminio que hay en el suelo de la Luna, que es tóxico para las plantas”, añade. Una de las formas de mejorar ese problema sería añadir materia orgánica que se podría obtener de las heces de los astronautas y de los restos de las plantas que no se comiesen.

Otra de las dificultades para cultivar vegetales en la Luna es que su suelo es muy áspero. En la Tierra, el agua o el viento desgastan las partículas y las hacen más redondeadas, pero en la Luna no existen esos fenómenos y al ser más afiladas provocan fugas en las raíces de las plantas, que crecen peor. Además, tanto en la Luna como en Marte, los futuros colonos echarán en falta nitrógeno en el suelo. “En Marte o la Luna, el suelo tiene casi todos los nutrientes que necesitan las plantas, pero no tiene apenas nitrógeno”, apunta Wamelink. En la Tierra, este elemento llega de la materia orgánica que en la Luna se debería incorporar, entre otras cosas, reciclando las heces y la orina de los astronautas, que, sobre todo al principio, serían la principal fuente de nitrógeno. “Una vez que tuviésemos nitrógeno en el sistema, se trataría de reciclarlo”, plantea.

Junto a los astronautas, en los viajes de colonización también deberían viajar otros animales que colaboren en el cultivo. Además de las bacterias para producir nitrógeno utilizable por las plantas, sería necesaria una cantidad de lombrices de distintas especies para empezar a procesar la materia orgánica y crear con ella un suelo fértil. “También necesitaríamos insectos, abejorros, para que fertilicen las plantas”, indica Wamelink. “Las abejas pueden hacerlo, pero en invernaderos hemos visto que hacen la tarea y mueren. Los abejorros sobreviven y se reproducen y además, para un viaje de medio año como el de Marte, los podemos mantener en estado de hibernación y después despertarles”, concluye.

Antes de que lleguen astronautas, Bernard Foing, director del Grupo de Trabajo para la Exploración Lunar de la Agencia Espacial Europea en Noordwijk (Holanda), considera que serán necesarios otros experimentos robotizados que apliquen sobre el terreno las enseñanzas obtenidas en los laboratorios de la Tierra. “China, India e Israel son algunos de los países que tienen previstas misiones a la Luna próximamente y podrían incorporar experimentos que vayan más allá de los que ha intentado Chang’e 4”, apunta Foing.

Uno de los problemas de la sonda china es que la llegada de la noche lunar, que dura más de doce días terrestres y hace descender la temperatura de los -150 grados, acabó con todos los seres vivos del experimento. “En el polo, hay lugares donde en verano hay luz todo el tiempo y en invierno el 80% del tiempo”, señala Foing. “Allí se podrían hacer experimentos en los que se siguiese a organismos dentro de una minibiosfera durante varias generaciones”, continúa. “Así podríamos aprender qué plantas se desarrollan mejor en la Luna”, indica.

Uno de los elementos fundamentales para cultivar alimentos en la luna es el agua, que puede encontrarse en cantidades importantes, en particular en algunas regiones. El hielo sería un recurso que también puede hacer sostenible una colonia lunar, no solo para regar las plantas. “Tendría mucho valor para fabricar combustible para cohetes y podría servir para abastecer una estación de distribución de combustible en órbita terrestre que sería útil para prolongar el periodo de operación de satélites. Esto tendría mucho valor económico y podría ayudar a hacer sostenible una base”, señala.

A la espera de nuevas sondas que lleguen a la Luna, en este momento, el satélite EuCROPIS, que fue lanzado al espacio a finales del año pasado, está probando los efectos de cultivar tomates en las condiciones de gravedad de la Luna empleando orina humana como fertilizante. Este tipo de experimentos serán cada vez más frecuentes si, como parece, las potencias espaciales comienzan a plantearse en serio instalar una base permanente en nuestro satélite.

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La señal wifi, convertida en electricidad

Transmitir energía eléctrica a través del aire era una de las ideas que Nikola Teslallegó a patentar hace más de un siglo. Ahora, investigadores de universidades de EE UU y España han logrado capturar la energía contenida en la señal emitida por dispositivos wifi y convertirla en electricidad. Usando un nanomaterial de solo tres átomos de espesor, han diseñado una antena que transforma las ondas electromagnéticas en corriente continua. Aunque la potencia lograda no supera el rango de los microvatios, la flexibilidad mecánica del material y la omnipresencia de las señales electromagnéticas necesarias para conectar millones de ordenadores y móviles a internet acercan el sueño de una electrónica que esté en todas partes. Es decir, que de cada señal inalambrica se pueda obtener electricidad.

"Toda radiación electromagnética contiene energía", explica el profesor de ingeniería eléctrica e informática del Instituto Tecnológico de Massachusetts (EE UU) Tomás Palacios. "No es muy diferente de la luz solar, solo cambia la frecuencia que, en el wifi, es mucho más baja", añade el responsable del Grupo de Materiales y Dispositivos Semiconductores Avanzados del MIT y coautor de esta investigación.

Los científicos han creado un dispositivo que logra capturar la energía usada por la señal wifi para transmitir datos o captarlos. Esta señal se propaga en todas direcciones, aunque el destino de la información sea un único punto. El resto se pierde. Para aprovecharla, los investigadores crearon una antena especial (rectena o antena rectificadora) que recibe la radiación emitida por dispositivos inalámbricos, como los routers o puntos de acceso inalámbrico, pero también cualquier aparato con wifi, como portátiles, televisores, móviles, tabletas... que usan las mismas frecuencias, es decir, las bandas de los 2.4 gigahercios (GHz) y los 5.6 GHz.

El problema es que esta energía del ambiente llega hasta la antena como corriente alterna y hay que rectificarla. "Es como una pila que cambiara de polaridad continuamente. Para alimentar los circuitos electrónicos necesitamos un voltaje constante", subraya Palacios. Para lograr esta conversión a corriente continua, y aquí está la gran aportación de esta investigación, publicada en la revista Nature, han diseñado un diodo con un material que tiene unas propiedades físicas, mecánicas y eléctricas que no posee ni el grafeno: el disulfuro de molibdeno (MoS2).

Como el grafeno, el MoS2 es un material bidimensional. Si el primero tiene un grosor de un átomo, el segundo lo tiene de tres. Eso les da una flexibilidad que jamás tendrán el silicio o el arseniuro de galio, sobre los que se sustentan la electrónica y tecnología actuales. Ambos son también fáciles y muy baratos de producir. Pero, a diferencia del MoS2, el grafeno no es un semiconductor, lo que limita sus posibilidades en el campo de la electrónica.

En la antena rectificadora fabricada por el equipo de Palacios, la energía captada llega como corriente alterna a uno de los electrodos (ánodo, hecho de paladio) y sale con polaridad constante por el otro electrodo (cátodo, de oro). Entremedias, el encargado de hacer la magia es el disulfuro de molibdeno (MoS2) y lo hace a una velocidad ideal para las altas frecuencias usadas en las señales wifi. "Nos permite crear un diodo lo suficientemente rápido como para rectificar hasta en la banda de los 10 GHz", comenta el profesor del grupo de microondas y radar de la Universidad Politécnica de Madrid y coautor de la investigación, Jesús Grajal de la Fuente.

Pero para este ingeniero, como para Palacios, la clave de su dispositivo es su enorme flexibilidad. "Frente al MoS2, el silicio es un ladrillo", dice. Además de caro y frágil, por mucho que avance la miniaturización, siempre será rígido. Aquella es una característica que logra su extremo solo en los materiales bidimensionales y que permitiría, por ejemplo, cubrir una pared o todo un edificio de sensores que se alimentarían de la energía del ambiente.

"¿Y si fuéramos capaces de desarrollar sistemas electrónicos que pudiéramos desplegar a lo largo de un puente o cubrir toda una autopista o las paredes de nuestras oficinas y llevar la inteligencia electrónica a todo lo que nos rodea? ¿De dónde sacarías la energía para tanta electrónica", pregunta Palacios. No habría baterías ni enchufes suficientes. Solo enchufándolos al aire, a la energía inalámbrica, se podría imaginar algo así.

En todo esto hay una limitación que resulta ser su gran virtud. La potencia de la señal wifi (y la de otras tecnologías inalámbricas, como las comunicaciones móviles de cuarta y quinta generación) es por necesidad muy baja. "El wifi necesita en torno a los 100 microvatios, 100.000 veces menos potencia de la requerida para encender una bombilla Led", recuerda Palacios. Así que no se podrá cargar el portátil con una de estas antenas especiales.

"Es poco, pero bastará para alimentar a sensores de todo tipo. Ahora, la electrónica está limitada a objetos macroscópicos, el móvil, ordenador, el coche. En el futuro será ubicua. Estará en la ropa que llevemos, dentro de nosotros, en los edificios... y aprovechará la energía del ambiente", sostiene el profesor español del MIT.

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