Salvando a Charlotte: Cómo la impresión 3D ayuda a las tortugas marinas con síndrome de flotación

El síndrome de flotación o de flotabilidad positiva es un trastorno cada vez más frecuente entre tortugas como Charlotte, una tortuga verde macho del Mystic Aquarium de Connecticut. Este síndrome se produce cuando la tortuga sufre un traumatismo (generalmente por choques con embarcaciones) que crea una irregularidad en su caparazón que atrapa aire, apiña sus órganos y le dificulta mucho nadar de forma normal.

Charlotte fue encontrado en 2008 en la isla de Jekyll, en Georgia (EE. UU.), y llevado a un centro de acogida cuando se hizo evidente que no podía nadar ni comer lo suficiente para sobrevivir. El equipo del Centro de Tortugas Marinas de Georgia cuidó de él antes de pedir refuerzos al Mystic Aquarium. 

La Dra. Jen Flower era por aquel entonces la veterinaria clínica jefe del Mystic Aquarium y se dio cuenta de que Charlotte (que para entonces ya había sido identificado como un macho, pero conservó su nombre femenino) necesitaba ayuda. Los equipos de acuaristas y veterinarios de Mystic lo probaron todo, desde adherir pesos directamente al caparazón de Charlotte hasta equiparlo con un arnés de varias correas de tela cargado con lastres. Estos primeros intentos resultaron infructuosos, ya que el adhesivo le causaba irritación o se deshacía de los pesos rozándose contra el lateral de su tanque. La Dra. Flower y el resto del equipo veterinario se dieron cuenta de que tenían que pensar en una solución diferente, y la impresión 3D fue lo primero que se les ocurrió.

Hubo una fuente de inspiración en particular que hizo que el equipo de Mystic empezara a considerar la impresión 3D. Una estudiante de un instituto de Minnesota llamada Gabriela Queiroz Miranda había desarrollado un cinturón con lastres para tortugas con síndrome de flotación. Gabriela utilizó un escáner 3D y una impresora 3D para realizar iteraciones en el diseño de su solución y probarla con la tortuga de su clase, Voldetort. Su proyecto se publicó en Science News Explores, y el artículo inspiró a la Dra. Flower a ponerse en contacto con Adia, un proveedor de soluciones de impresión 3D de Connecticut. Cuando la Dra. Flower se puso en contacto con Adia, su director de fabricación aditiva, Nick Gondek, supo inmediatamente que la empresa podría aprovechar su experiencia en impresión 3D para hacer algo bueno. 

Los procesos de trabajo en 3D dan resultados excelentes en aplicaciones que requieren un cierto grado de personalización. Cuando las geometrías complejas, las bajas cantidades de piezas y las formas orgánicas dificultan demasiado la fabricación de piezas con métodos tradicionales, las piezas impresas en 3D son la opción más rentable y sencilla. 

"El problema que hemos intentado resolver consiste esencialmente en poner pesos en la espalda de Charlotte, lo que suena muy fácil, pero ha acabado siendo un proceso muy difícil. La única forma de conseguir algo que se adhiriera en condiciones a Charlotte era construir un dispositivo personalizado", dice Gondek.

Para crear el proceso de trabajo en 3D, Adia contrató a Chris Wilczewski y al equipo de Functional 3D, expertos en escaneo 3D, para que ayudaran a realizar escaneos 3D de alta resolución de Charlotte. Estos escaneos serían la base del resto del proyecto de diseño, permitiendo a los diseñadores e ingenieros crear algo ajustado pero cómodo para Charlotte, que pudiera quitarse y modificarse siempre que fuera necesario. 

El equipo de Functional 3D también tuvo que equilibrar su necesidad de precisión y minuciosidad con las precauciones veterinarias que la Dra. Flower y el equipo de acuaristas de Mystic habrían establecido para mantener a salvo a Charlotte. "Sus contribuciones fueron una parte importante de este proyecto, impulsando el proceso de trabajo digital en el diseño del arnés", dice Gondek. 

^{New Balance es una empresa líder en diseño computacional de calzado. Su director creativo Chris Wawrousek vio una oportunidad de usar sus conocimientos de diseño para una buena causa: desarrollar y modelar un sistema generativo que pudiera ayudar no solo a Charlotte, sino también a otras tortugas como él.} 

Cuando llegó el momento de desarrollar un diseño basado en los datos de los escaneos, Adia supo que había una empresa con el nivel de experiencia necesario. New Balance Athletics diseña y fabrica algunas de las prendas deportivas más avanzadas del sector, utilizando tecnología de diseño de vanguardia para superar los límites de lo que es posible en el rendimiento deportivo. 

El director creativo Chris Wawrousek es un experto en diseño computacional. El diseño computacional es un método que utiliza algoritmos y parámetros preestablecidos para tomar información y generar diseños que puedan resolver los problemas que esa información presenta, y después ejecutar simulaciones que den datos sobre el diseño y ayuden a refinarlo. 

"La tecnología digital ha sido de gran ayuda para resolver los problemas de Charlotte al nadar. El diseño computacional entra en juego cuando no quieres diseñar las piezas una a una manualmente, porque llevaría mucho tiempo. Por eso, poder crear un proceso de trabajo que permita producir un arnés hecho a medida de esta forma es algo que tiene un gran impacto", dice Wawrousek. 

El equipo utilizó el diseño de Wawrousek para desarrollar múltiples iteraciones, desde un aparato ancho parecido a un cinturón, pasando por enganches pequeños, hasta arneses gruesos con cierres a presión. "Muchas de las iteraciones han surgido de la idea de ofrecer mayor comodidad a la tortuga marina. Por eso, hemos tenido que determinar con precisión en qué parte del caparazón tendríamos suficiente apoyo como para sostener el arnés y cómo podríamos colocar pesos en el arnés sin dejar de poder modificar su ubicación", dice Gondek. 

Tras meses de trabajo de diseño, se decidieron por un arnés ágil, ligero y ajustable que envuelve el borde del caparazón de Charlotte y puede quitarse y ajustarse según sea necesario. Aunque habían llegado a un diseño viable, su trabajo no había terminado: tenían que fabricar el arnés, maximizando su resistencia, su precisión y la repetibilidad de los resultados.

Adia lleva años trabajando con distintos fabricantes de impresión 3D y materiales de impresión, y ha colaborado con muchos de ellos tratando de encontrar las soluciones ideales. Oxford Performance Materials (OPM), un fabricante de materiales de impresión 3D, ayudó a desarrollar un material personalizado que se pudiera imprimir en una impresora 3D de sinterizado selectivo por láser (SLS). Las piezas impresas mediante SLS eran de alta calidad y resistentes, sin añadir mucho peso al cuerpo de Charlotte y haciendo posible una ligera flexibilidad mientras nadaba. 

La iteración final impresa en 3D con el polvo sinterizado blanco de OPM funcionó bien, y Charlotte pudo nadar con normalidad y empezar a ejercitar sus aletas traseras, ambos pasos en el camino para volver a estar completamente sano. Pero el proceso de trabajo de OPM estaba personalizado, tanto en lo que respecta al material como en lo que respecta al proceso de impresión. Adia necesitaba una solución que se ajustara a la escalabilidad y accesibilidad del sistema de diseño computacional de Wawrousek. "Hemos estudiado muchos procesos diferentes de impresión 3D para este proyecto y nos decidimos por el SLS por varias razones. La primera fue el volumen de impresión y el tamaño de los componentes que podía producir. La segunda fue que podíamos construir las piezas sin soportes. Y la tercera fue que podíamos encontrar los materiales adecuados que tuvieran la rigidez que necesitábamos para este proyecto", dice Gondek. 

La colaboración de Adia con Formlabs presentó la opción perfecta: el ecosistema SLS de la serie Fuse de Formlabs proporciona piezas que tienen la resistencia industrial que necesitaba el arnés, pero con un proceso de trabajo accesible y una amplia gama de materiales. El Nylon 11 CF Powder de Formlabs ofrecía la rigidez que buscaban, pero sin que la impresora tuviera un tamaño enorme y sin el complejo proceso de trabajo de otros sistemas de impresión 3D SLS. "Varios acuarios han contactado con nosotros para pedirnos ayuda. Por eso, al iniciar este proyecto, queríamos diseñar el arnés para que se ajustara al volumen de impresión de una impresora Fuse, únicamente por cuestión de accesibilidad. Queremos que otros acuarios y otras instalaciones tengan acceso a las tecnologías SLS, y creemos que las impresoras Fuse serían la opción más accesible, al tener uno de los mayores números de unidades instaladas hasta ahora", dice Gondek. 

Cuando el arnés final estuvo impreso, montado y unido a Charlotte, el equipo contuvo la respiración. Como cabe esperar, a medida que se hace mayor, Charlotte tiene cada vez menos paciencia con la gente que lo saca de su tanque y le coloca correas nuevas y extrañas en su caparazón. Pero cuando lo volvieron a meter en el agua, nadó alegremente y parecía sentirse cómodo.

Claire Bolster, su cuidadora y acuarista en Mystic, declaró: "Parece una interacción muy positiva. Ha pasado un poco desde la última vez que le pusimos el arnés. Así que esta nueva versión del arnés parece estar siendo un complemento muy bueno para él. Y a medida que vayamos consiguiendo que lo lleve puesto más tiempo y de forma más constante, podremos añadirle pesos en la parte de atrás y ver cómo reacciona. Pero por ahora, es una señal muy positiva que le vaya bien con él desde el principio". 

¿Te interesa ayudar a Charlotte y a tortugas como él? Los equipos de Adia y New Balance buscan personas cualificadas que les ayuden a continuar este proyecto. Echa un vistazo al póster que aparece a continuación y rellena el breve cuestionario si crees que tus aptitudes se ajustarían bien a este trabajo.

Si tienes experiencia en diseño computacional, tecnología de captura 3D, reconocimiento de rasgos, ingeniería de materiales, impresión 3D de gran formato o mecanismos creativos de financiación y te gustaría ayudar a tortugas como Charlotte, rellena un breve cuestionario. El equipo de Charlotte se pondrá en contacto contigo si tus habilidades se ajustan bien al proyecto que se está llevando a cabo.