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A IMITACIÓN DE LA NATURALEZA
Ejemplos de Ingenios Biomiméticos
Biomimética, biomímica, biomímesis, biónica, biognosis, biomimicry, diseño orgánico o inspiración natural. Es una disciplina de diseño que estudia las mejores ideas de la naturaleza y luego imita estos diseños y procesos para resolver problemas humanos. La biomimética (de bios, vida y mimesis, imitación), es una nueva ciencia que estudia los mejores diseños y procesos de la naturaleza para después imitarlos y servir como solución a problemas humanos. A través de ella se pretende demostrar que la naturaleza, imaginativa por necesidad, ya ha resuelto muchos de las dificultades con las que hoy nos topamos. Animales, plantas y microbios son grandes ingenieros consumados; han encontrado qué funciona, qué es más apropiado, y lo más importante, que perdurará en la Tierra. En general existen tres áreas en la biología, a partir de las cuales se pueden modelar soluciones tecnológicas:
El Dr. Julian Vincent, director del Centro de Biomimética y Tecnología Natural
de la Universidad de Bath en Inglaterra, y colaboradores desarrollaron una base
de datos de "patentes biológicas", en donde es posible buscar una amplia gama de
mecanismos biológicos y propiedades para solucionar problemas tecnológicos.
Algunos ejemplos de productos que se obtuvieron o podrían obtenerse a partir de la biomimética son el velcro, la siguiente generación de vehículos y robots autónomos, los hallazgos aerodinámicos para diseños futuros de aeroplanos y automóviles, la cubierta estriada de las alas que utiliza la fuerza aérea, la fibra óptica, la mejora en los lentes, el desarrollo actual de la cinta gecko, cómo re encender una turbina de gas en medio del vuelo, y vehículos de alta eficiencia que consumirán 20 por ciento menos combustible y producirán hasta 80 por ciento menos emisiones de óxido de nitrógeno. Algunas áreas potenciales para la exploración son la resistencia de las telarañas, la transformación de silicón a vidrio hecha por las diatomeas, la resistencia de la concha del abulón, la transformación de la luz, el agua y el aire en celulosa, y un sinnúmero de plantas que generan compuestos que combaten a los hongos, insectos y otras pestes.
La mayor parte de diseños y tecnologías de las que hacemos uso los humanos son susceptibles de ser equiparados con estrategias naturales. De hecho el ser humano ha utilizado siempre la naturaleza como fuente de inspiración dado que las leyes que nos afectan a todos los seres vivos, son las mismas dentro de un rango. Desde la gravedad, hasta la necesidad de organización en sistemas complejos por ejemplo, en grandes grupos de individuos de una especie. Y en la tierra conviven aproximadamente 30 millones de especies animales y vegetales. Esta competencia tiene una regla muy sencilla, cientos de especies compiten por ocupar o mantener un lugar en la cadena trófica; el más eficaz prevalece mientras que las soluciones menos eficientes a largo plazo desaparecen en el laboratorio empírico natural. En su libro “La rebelión de las formas” Jorge Wagensberg enumera algunas de las conclusiones más universales del estudio de la naturaleza. Son las siguientes:
El hexágono pavimenta,
Existen diversas organizaciones que estudian esta ciencia, como el Biomimicry Institute, en Montana, Estados Unidos. Su misión es consolidar y crear a nivel mundial una comunidad de personas que estén aprendiendo, emulando y conservando la genialidad de la vida para crear un planeta más sano, más sustentable. Al frente del instituto está Janine Benyus, escritora científica, consultora de innovación y autora de 6 libros, incluyendo su última publicación Biomimicry: Innovation Inspired by Nature. A partir de éste, enfocado a la investigación de la biomimética, Benyus cuenta como comenzaron a hablar al instituto ingenieros, diseñadores, arquitectos, para pedir que biólogos pudieran colaborar para la creación de productos, ayudarán en tiempo real, compartieran su inspiración, y que los introdujeran en el mundo de la naturaleza. “Muchas investigaciones estaban en el laboratorio a la hora de escribir el libro, y ahora se están creando cientos de patentes en este momento; ciertas ideas ya están siendo comercializadas, algunas decenas de productos biomédicos por ejemplo.” Pero por qué está sucediendo esto, qué demostró Benyus. Al cuestionarse qué en el mundo de la biología puede ser de ayuda en la estructuración de la constante evolución que vivimos los seres humanos, y este transformarnos y transformar lo que nos rodea día a día, concluyó 12 puntos clave: 1. Auto-ensamblado. Aprender de los procesos de los seres vivos de ordenar sus sistemas para formar nuevas estructuras o un patrón organizado como consecuencia de las interacciones locales. 2. Aprovechamiento del CO2. Dejar de ver al dióxido de carbono como un veneno fatal. Tomar como ejemplo a las plantas y su manera de procesarlo. 3. Transformación de la energía solar. Ocupar más y mejor este recurso. 4. El poder del tamaño. Aprendizaje de las grandes especies. 5. Crear sin necesidad de tener: Coloración sin pigmentación, limpieza sin detergentes. 6. Extinción de la sed. Aprender que no sólo el agua está en estado líquido. Buscar alternativas en lo que nos da la naturaleza para conseguir este preciado líquido. 7. Obtención de metales fuera de las miras. Descubrir que no sólo debajo de la tierra existen metales. 8. Química verde. Aprendizaje total de la naturaleza: procesos, adaptación, ciencia. 9. Degradación del tiempo. Observar como combate la naturaleza a los cambios climatológicos, evoluciones, cómo sobrevive al tiempo. 10. Resistencia y curación. Poder de adaptación que tienen los seres vivos y aún no descubrimos en nosotros o en nuestros procesos. 11. Crecimiento y fertilidad. Lograr lo que una pradera o un bosque puede hacer. 12. Reconocer que la vida crea condiciones que nos conducen a la vida misma. La naturaleza nos ofrece 3.8 billones de años de experiencia, entre 10 y 30 millones de especies bien adaptadas y un laboratorio de 500 millones de kilómetros cuadrados para solucionar problemas a los que nosotros aún no encontramos solución. Si queremos imitar la genialidad de la naturaleza, debemos comenzar por observarla de manera distinta y ver que somos parte de ella; tomarla como modelo, parámetro y mentor, como la misma biomimétrica lo hace. Nombres propios. Los orígenes modernos de la Biomímica, también conocida como Biomimética o Biónica, suelen atribuirse al ingeniero Richard Buckminster Fuller. Por su parte, el posterior desarrollo conceptual correspondería a la científica Janine Benyus, que en 1997 publicaba el libro de referencia "Biomimicry: Innovation Inspired by Nature". Años más tarde, la investigadora creaba, junto a Dayna Baumeister, la Biomimicry Guild, un grupo de científicos que, además de investigar, ofrecen formación y consultoría sobre estos sistemas, e incluso ofrecen millones de dólares a quienes resuelvan lo que llaman "los diez desafíos de la sostenibilidad". No obstante, la idea de imitar la naturaleza no es nueva. En la antigüedad, conscientemente o no, diversas creaciones humanas tenían tras de sí una fuerte inspiración natural. El genial Leonardo da Vinci desarrolló varios modelos de máquinas voladoras y barcos con un claro referente biológico. En épocas más recientes, por ejemplo, el inventor Percy Shaw creó en 1935 los reflectores de ojo de gato tras descubrir que estos felinos poseen un sistema de células que reflectan el más mínimo rayo de luz. Por su parte, el ingeniero suizo George de Mestral inventó en 1948 el velcro tras observar cómo los ganchos de las semillas se agarraban al pelo de su perro. En cualquier caso, el potencial de estos sistemas es enorme. Según el profesor Vincent, tan sólo se ha aprovechado hasta ahora el 10% de las posibles simbiosis entre biología y tecnología en términos de mecanismos utilizados.
ALGUNOS EJEMPLOS DE BIOMIMÉTICA
Ojos artificiales inspirados en insectos.
Investigadores del Instituto Fraunhofer para la Óptica Aplicada y la Ingeniería de Precisión, en Jena, han trabajado en el desarrollo de un sensor de imágenes ultra fino inspirado en el ojo de un insecto. El principio de la superagudeza visual se ha incorporado con éxito en un modelo técnico.
Robot acuatico de gran maniobrabilidad inspirado en las tortugas.
Inspirado en la agilidad de la tortuga marina al nadar, Stephen Licht construyó un robot acuático con un curioso nombre. Lo llamó Finnegan. Su interés particular consiste en estudiar la estela producida por el robot en el agua.
El diseño del pico del tucán como protección en accidentes de tráfico.
Marc A. Meyers, Yasuaki Seki y Matthew S. Schneider, investigadores que analizaron la estructura del pico del tucán, se sorprendieron al descubrir que su estructura “se comporta como un sistema de absorción de impactos de alta energía”, según dijo Meyers. Indicó además que “los paneles que imitan el pico del tucán pueden ofrecer una mejor protección a los conductores implicados en accidentes”.
Tejido autolimpiable basado en las hojas de loto.
El investigador Stefan Seeger, de la Universidad de Zurich, trabaja en un tejido que repele líquidos y polvo. El secreto de este tejido impermeable proviene de imitar el comportamiento de las hojas de loto, que mantienen las gotas de agua y polvo en su superficie, sin absorverlas. Las hojas de loto poseen una nanoestructura particular que el nuevo material procura imitar.
El diseño de los dientes de las ratas para herramientas de corte.
Investigadores de la universidad de Witten/Herdecke quisieron analizar su diseño, con el objetivo de aplicar “el truco” a herramientas modernas de guillotinado y corte; y lo que encontraron fue asombroso. El principio que a todas luces era lo más lógico: que las superficies duras son las únicas que cortan bien, resulta ya no ser cierta. La excelencia del corte que propician los dientes de las ratas llega como resultado de la combinación de materiales de diferentes grados de dureza, por lo que siempre están afilados.
Inyecciones sin dolor basadas en las picaduras de los insectos.
Científicos de Japón han desarrollado una pequeña aguja hipodérmica para inyecciones virtualmente sin dolor, que copia la singular picadura de un mosquito.
Materiales ultrafinos de blancura brillante basados en el escarabajo.
Peter Vukusic, de la universidad de Exeter (del Reino Unido), estudia el blanco brillante totalmente inusual que posee el caparazón del escarabajo Cyphochilus producto de una estructura superficial única, cubierta con escamas 10 veces más finas que un cabello humano.
Feromonas de las polillas como modelo de "olfato" para robots.
La trayectoria del rastreador artificial o sniffer desarrollado por Massimo Vergassola y Boris Schariman recuerdan mucho a una polilla buscando pareja siguiendo el rastro de ciertas feromonas.
Materiales que se reparan solos.
El Dr. Ian Bond, de la Universidad de Bristol (Reino Unido), ha desarrollado un sistema de cicatrización artificial que consiste en pequeños tubos de fibra de vidrio cuyo comportamiento es parecido a los vasos sanguíneos en presencia de una herida. El proyecto en donde el Dr. Bond y su equipo realizan sus investigaciones se denomina “Exploiting Functional Fibres in Advanced Composite materials” (Explotación de las fibras orgánicas en materiales compuestos avanzados).
Monitores antirreflectantes inspirados en el ámbar.
Al observar una mosca atrapada en ámbar, el biólogo Andrew Parker sintió curiosidad por las finas rayas en la superficie del ámbar, las cuales parecían reducir la reflexión de la luz. El Sr. Parker trabajó con ingenieros en óptica y rastreó las colecciones de los museos en busca de otros diseños antirreflectantes. Hoy en día, este tipo de tecnología que encuentra inspiración en los insectos ha sido adaptada para disminuir el reflejo en los monitores de las computadoras y las celdas solares.
Micro-aviones espia basados en los murciélagos.
En el Centro de Microelectrónica Objetiva y Tecnología Biomimética Avanzada de la Universidad de Michigan se trabaja en el diseño de un avión espía de sólo 15 centímetros de envergadura con la capacidad de captar y transmitir en tiempo real datos de lugares, sonidos y olores en zonas de combate urbano.
Edificio en el desierto inspirado en el cactus.
La empresa Aesthetics Architects GO Groupbase ha diseñado un nuevo edificio de Qatar, inspirado en el medio ambiente del desierto y basado en la efectividad de los cactus en la naturaleza.
Proyecto arquitectónico basado en las semillas del peral.
Dennis Dollens, profesor del taller Proyectos Arquitectónicos 1.1 del Máster en Arquitecturas Genéticas, ESARQ – UIC, ha dirigido un proyecto basado en la particular visión de los trabajos de Louis Sullivan y su estudio de formas botánicas, originalmente enfocado al ornamento arquitectónico, pero que es visto en éste caso como el desarrollo de un léxico capaz de ser usado en sí mismo para componer forma arquitectónica, a través de un proceso analógico-digital-analógico (bocetos a mano, modelos 3D digitales y modelos 3D impresos).
Diseño interno de los cables de acero basado en los tendones.
El diseño del arrollamiento interno de cables de acero responde a la distribución de tejidos orgánicos como el colágeno en los tendones humanos.
Aspas de molinos eolicos basados en las aletas de las ballenas.
El biomecánico Frank Fish ha construído para la empresa canadiense WhalePower Corp unas aspas para molinos eólicos inspirándose en las aletas pectorales de las ballenas jorobadas (o yubarta).
Morro del tren bala basado en el pico del martín pescador.
El objetivo era evitar el brusco estallido contra el aire que se produce cuando sale un tren bala japonés a toda velocidad de un túnel. Los investigadores se fijaron en cómo se zambulle en el agua, a toda velocidad, un Martín Pescador. La forma de su pico era la solución que copiaron.
Mezclador de agua basado en el diseño de la cala.
Pax Technologies se quedó con la forma de la 'Calla Lily' para diseñar un nuevo mezclador de agua. La forma de espiral centrípeta hace que el giro sea mucho más eficiente mezclando líquidos al consumir mucho menos energía.
Nano-vehículo aereo basado en las semillas del arce.
El profesor Ned Allen se inspiró en el vuelo de las semillas de arce al caer del árbol, para diseñar este nano-vehículo aéreo que funciona con control remoto y que ha sido utilizado en diversas misiones militares del DARPA y en la investigación del clima.
Pantallas más brillantes basadas en alas de mariposas.
Qualcomm se fijó en las propiedades únicas de las alas de las mariposas para mejorar las pantallas de visualización que fabrican. Esas increíbles estructuras reflejan la luz en función de la distinta longitud de onda.
Turbinas submarinas basadas en la fauna y flora de los océanos.
¿Qué mejor ejemplo para las turbinas submarinas que el de la flora y fauna de los océanos? Eso es lo que ha hecho BioPower Systems.
Pegamento basado en el adhesivo de los mejillones.
Columbia Forest Products también, sobre todo para descubrir el tipo de adhesivo natural que usan los mejillones azules y desarrollar uno basado en soja, libre de formaldehído, para sus productos.
Palas de aerogenerador basadas en las alas de los halcones.
Investigadores del Risø National Laboratory for Sustainable Energy de Dinamarca se encuentran desarrollando un componente elástico para la cola de la pala, que podrían alargar sustancialmente su duración, reduciendo la frecuencia y la probabilidad de rotura, y por tanto, los costes de mantenimiento, y que imita la estabilidad hallada en los vuelos de los halcones en condiciones de grandes turbulencias de aire.
Mercedes Bionic basado en el pez caja.
Mercedes-Benz ha copiado la forma del pez caja para su coche biónico conceptual. Observando la aerodinámica y la eficiencia de la forma del pez, decidieron aplicar esas características a ese diseño.
Pez robot para el control de contaminantes.
Ingenieros de la Universidad de Essex en el Reino Unido han desarrollado un pez robot con los últimos avances en biomimética, dando como resultado un magnífico producto preparado para su primera misión en las costas de España. Como parte del Proyecto European SHOAL, los peces se enviarán a explorar el mar para controlar los contaminantes procedentes de un puerto.
Robot medusa para rastrear el mar.
Un equipo de ingenieros de la Universidad Nacional de Chonnam en la República de Corea, han desarrollado un robot que imita el movimiento de una medusa real. El robot, posee un sistema electro-muscular artificial basado en polímeros, que se retrae y se extiende para propiciar una alta propulsión empleando el mínimo de energía posible. Será destinado para ayudar en rescates en plena mar, localizar submarinos, navíos, o por ejemplo, cajas negras en las profundidades del océano.
Robot inspirado en los saltamontes.
Denominado Jollbot y diseñado por Rhodri Armor, un estudiante de doctorado de la Universidad de Bath, ha conseguido desarrollar el primer robot que puede brincar como un saltamontes. La esperanza de su creación reside en la capacidad de saltar sobre obstáculos y rodar suavemente por cualquier tipo de terreno, ofreciendo una gran funcionalidad en el ámbito de la exploración espacial del futuro o estudios sobre terrenos de difícil acceso.
Energia renovable inspirada en los peces.
Los ingenieros de la Universidad de Michigan han diseñado un dispositivo llamado “vivace” que funciona como un pez, aprovechando las vibraciones en los flujos de las corrientes de manera limpia. Dando como resultado un potencial sistema generador de energía eléctrica continua renovable, sin que dañe el medio marino u ocasione impactos paisajísticos.
Materiales hidrodinámicos inspirados en la piel de los tiburones.
Revestimientos para buques y desarrollo de prendas que reducen la resistencia al agua y mejoran la velocidad a partir de las escamas dentadas de los tiburones, a través de cuyos microsurcos circula el agua sin turbulencias, reduciendo la fricción. Además, impide que las algas y bellotas de mar se adhieran a ésta superficie.
Robot trepador inspirado en el gecko.
En la Universidad de Stanford, Mark Cutkosky, ingeniero robótico, ha desarrollado un aparato trepador inspirado en los geckos, al que ha llamado Stickybot (robot pegajoso).
Cerámica biosintética a partir de la madera.
Partiendo de la madera como materia prima, el grupo de Materiales Biomiméticos y Multifuncionales de la Universidad de Sevilla ha elaborado una cerámica biosintética de carburo de silicio, o bioSIC, con la que esperan modelar prótesis quirúrgicas que se integren mejor en los tejidos, minimizando la contaminación bacteriana.
Edificio bioclimático basado en los termiteros.
El complejo de oficinas, llamado Eastgate, se abrió en 1996 y es el complejo comercial más grande de Zimbabwe. Mantiene una temperatura estable entre 22ºC y 25ºC y utiliza menos del 10% de la energía que consumen otros edificios de su tamaño.
Producción de telaraña con biotecnología.
Expertos de la Universidad Tecnológica de Munich desarrollaron un nuevo método para la producción industrial de telaraña, un material muy resistente que ofrece perspectivas en el campo de la medicina y en diversos sectores de la industria.
El Velcro está basado en las flores del cardo.
En 1948, tras venir de un paseo por el campo con su perro, el ingeniero suizo George de Mestral descubrió lo complicado que resultaba desenganchar de sus pantalones y del pelo de su perro los frutos del cardo alpino (Xanthium spinosum) y otras plantas. Tras su estudio inventó el velcro.
Buscador de agua basado en el diablillo espinoso.
Andrew Parker estudia el sistema de como el diablillo espinoso del desierto (Moloch horridus) consigue agua a través de sus extremidades en contacto con la árida tierra del desierto para conseguir sistemas de aprovisionamiento de agua para humanos.
Reconocimiento y vigilancia con moscas robot.
Científicos de la Universidad de Berkley, financiados por el Departamento de Defensa, trabajan en el nuevo pedido del Pentágono. En cooperación con la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados de Defensa (DARPA) del gobierno de los Estados Unidos, desarrollan una mosca de 25 milímetros de ancho, lo suficientemente pequeña como para ser atrapada con una mano. Es un MFI (insecto volador micromecánico)
El Robo-Lobster
(Robot Langosta) creado por Don Massa y Joseph Ayers, está diseñado para buscar
minas en el océano. Cerca de 2 pies de largo y con un peso de 7 libras,
“Robo-Lobster” puede imitar los movimientos de una langosta mientras busca
minas.
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