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Cortar árvores e processar a madeira, com toda certeza, não é a maneira mais eficiente ou ambientalmente amigável de fazer móveis, instrumentos musicais ou tábuas para construção. Pensando nisso, cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos EUA, desenvolveram um processo de bioimpressão 3D que pode nos permitir cultivar madeira diretamente na forma de qualquer objeto.
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Ano após ano, o mundo perde cerca de 10 milhões de hectares de floresta – quase metade da área de Cuiabá, capital do Mato Grosso – por causa do desmatamento. Nesse ritmo, estima-se que as florestas do mundo podem desaparecer em menos de 200 anos.
Em um esforço para oferecer uma alternativa ecologicamente correta e de baixo desperdício, os pesquisadores do MIT foram pioneiros no desenvolvimento de uma técnica para produzir em laboratório um material vegetal semelhante à madeira.
Segundo os cientistas, ajustando certos produtos químicos utilizados durante o processo de crescimento, eles podem controlar precisamente as propriedades físicas e mecânicas do material vegetal resultante, como sua rigidez e densidade.
Além disso, usando técnicas de bioimpressão 3D, o material pode ser cultivado em tamanhos e formatos que não são encontrados na natureza e que não podem ser produzidos usando métodos agrícolas tradicionais.
“A ideia é que você possa cultivar esses materiais vegetais exatamente da forma que você precisa, para que você não precise fazer nenhuma fabricação subtrativa após o fato, o que reduz a quantidade de energia e o desperdício. Há muito potencial para expandir isso e crescer estruturas tridimensionais”, diz a doutora em engenharia mecânica pelo MIT Ashley Beckwith, autora principal do estudo que foi publicado recentemente na revista científica Materials Today.
“Nossa pesquisa demonstra que materiais vegetais cultivados em laboratório podem ser ajustados para ter características específicas, o que poderia permitir que produtos de madeira fossem cultivados com as características exatas necessárias para uma determinada aplicação, como alta força para suportar as paredes de uma casa ou certas propriedades térmicas para aquecer mais eficientemente uma sala”, explica o autor sênior Luis Fernando Velásquez-García, cientista principal dos Laboratórios de Tecnologia de Microssistemas do MIT.
Como é feita a madeira personalizável em bioimpressão 3D
Para iniciar o processo de cultivo de material vegetal em laboratório, os cientistas primeiro isolam as células das folhas de jovens plantas da espécie Zinnia elegans. As células são semeadas em meio líquido por dois dias, depois transferidas para um meio gelatinoso, que contém nutrientes e dois hormônios diferentes.
De acordo com Beckwith, o ajuste dos níveis hormonais nessa fase do processo permite ajustar as propriedades físicas e mecânicas das células vegetais que crescem nesse “caldo” rico em nutrientes.
“No corpo humano, você tem hormônios que determinam como suas células se desenvolvem e como certos traços emergem. Da mesma forma, alterando as concentrações hormonais no caldo de nutrientes, as células vegetais respondem de forma diferente”, explicou a pesquisadora. “Apenas manipulando essas pequenas quantidades químicas, podemos provocar mudanças bastante dramáticas em termos dos resultados físicos”.
O gel de cultura celular é disposto em uma placa de Petri, onde fica incubado no escuro por três meses. “Mesmo com esse período de incubação, o processo é cerca de duas ordens de magnitude mais rápidas do que o tempo necessário para uma árvore crescer até a maturidade”, diz Velásquez-García.
Após a incubação, o material de base celular resultante é desidratado e, em seguida, os pesquisadores avaliam suas propriedades.
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Eles descobriram que níveis hormonais mais baixos produzem materiais vegetais com células mais arredondadas e abertas, com menor densidade, enquanto níveis hormonais mais altos levam ao crescimento de materiais vegetais com estruturas celulares menores e mais densas.
Para personalizar a madeira, o processo envolve o uso de um arquivo de design auxiliado por computador ligado a uma bioimpressora 3D, que deposita a cultura do gel celular em uma forma específica.
Segundo os autores, esse trabalho demonstra o poder que uma tecnologia na interface entre engenharia e biologia pode trazer para um desafio ambiental, aproveitando os avanços originalmente desenvolvidos para aplicações de saúde.
Eles dizem que as culturas celulares podem sobreviver e continuar a crescer por meses após a impressão, e que usar um gel mais grosso para produzir estruturas materiais vegetais mais espessas não afeta a taxa de sobrevivência das células cultivadas em laboratório.
“As plantas de Zinnia não produzem madeira, mas se esse método fosse usado para fazer uma espécie de árvore comercialmente importante, como o pinheiro, o processo precisaria ser adaptado a essa espécie”, diz Velásquez-García.
Em última análise, os cientistas esperam que esse trabalho possa ajudar a motivar outros grupos a mergulhar nessa área de pesquisa para ajudar a reduzir o desmatamento. “Árvores e florestas são uma ferramenta incrível para nos ajudar a gerenciar as mudanças climáticas, por isso, ser o mais estratégico possível com esses recursos será uma necessidade social daqui para frente”, disse Beckwith.
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