Ciencia y Salud

La naturaleza,inspiración maestra

Después de millones de años de evolución, el mundo natural ha conseguido solucionar problemas de una forma tan eficiente que los humanos hemos inventado una disciplina de estudio para emular sus infalibles estrategias.

Aunque el pico del tucán constituye un tercio del tamaño del ave, esta protuberancia está compuesta de materiales ligeros y resistentes que los fabricantes de automóviles y aeronaves quieren emular para producir vehículos más livianos y seguros.

La vida tiene unos 3.8 mil millones de años. Cuando nuestra especie, Homo sapiens, apareció hace unos 200 mil años, la naturaleza –plantas, animales y microbios–, llevaba ya mucho tiempo resolviendo problemas relacionados con la producción de alimentos y energía, el control de la temperatura, el transporte y la autodefensa. Por lo tanto, como recién llegados a este planeta que compartimos con millones de otras especies, es mucho lo que los humanos podemos aprender de ellas.

La disciplina de estudio que busca en la naturaleza soluciones a nuestros dilemas se llama biomímesis. El término proviene de bio, que significa ”vida“, y mimesis, que quiere decir ”imitar“. La biomímesis –también llamada biomimética y biomimetismo– reemplaza la vieja idea de ”explotar la naturaleza“ por ”aprender de la naturaleza“, mientras promueve la conservación de ecosistemas y especies, así como la sostenibilidad de las aplicaciones prácticas que derivan de mecanismos naturales.

Emular a la naturaleza fue lo que hicieron los hermanos Wright en 1903 cuando lograron, tras observar el vuelo de las palomas, elevar con éxito la primera aeronave controlada por un piloto, y es lo que continúan haciendo científicos, ingenieros y diseñadores de todo el mundo en su esfuerzo por generar tecnología utilizando a la naturaleza como guía.

La biomímesis reemplaza la vieja idea de ”explotar la naturaleza“ por ”aprender de la naturaleza“.

 

Inspirada por la precisión de maniobra de la trompa de un elefante, una empresa alemana perfecciona un asistente biónico para manipulación de objetos, tan sutil que pueda eliminar las barreras de seguridad que se interponen entre máquinas y personas cuando cooperan para realizar un trabajo.

La trompa de un elefante, el pico de un tucán y las alas de una mariposa Morpho son apenas algunos ejemplos de instrumentos naturales que funcionan gracias a mecanismos dignos de imitar. Aunque para emular a la naturaleza, antes es necesario conocerla a fondo.

”Las elegantes soluciones de la naturaleza fueron perfeccionadas durante miles de millones de años de evolución y, por lo tanto, son altamente eficientes e inteligentes“, dice Elias Knubben, encargado de la sección de Proyectos Corporativos de Biónica de la compañía alemana Festo. ”Estas soluciones deben ser comprendidas en detalle antes de que puedan ser transferidas a una aplicación técnica“.

En asociación con universidades, institutos de investigación y empresas dedicadas al desarrollo de tecnologías novedosas, Festo está en proceso de perfeccionar un asistente biónico para manipulación de objetos, basándose en los precisos movimientos y en la capacidad de sujeción de las trompas de los elefantes. Pero reproducir la sutileza de movimiento y, al mismo tiempo, la fuerza que generan los casi 40 mil atados de músculos que componen las trompas de estos grandes mamíferos, no resulta fácil. La trompa de un elefante carece de soporte óseo y tampoco hay segregación de fluidos a través de los músculos. El secreto de su versátil capacidad de maniobra reside en el funcionamiento antagónico de los músculos: mientras unos se contraen, otros se estiran.

Aunque a simple vista el asistente biónico para manipulación parezca un brazo robótico como cualquier otro, la diferencia radica en la docilidad y flexibilidad de movimiento que los ingenieros y biólogos que trabajan en el proyecto quieren lograr, con el objetivo de que pueda ser parte del trabajo de cooperación entre máquinas y personas –en hospitales y fábricas, por ejemplo– sin que el brazo mecánico represente un peligro para sus operarios. El brazo termina en una pinza capaz de sujetar, sin romperlos, objetos tan frágiles como un huevo.

De acuerdo con Knubben, controlar los movimientos de un brazo mecánico como lo hace un elefante con su trompa ”fue un verdadero reto“ y el proceso continúa.
”Después del primer lanzamiento, al asistente biónico se le añadió un sistema de cámaras con software inteligente para la identificación de objetos de forma autónoma, y otras mejoras están en camino“, comenta.

Fuentes Infinitas De Sabiduría
A la hora de ofrecer soluciones útiles a la industria, el comercio, la agricultura, la medicina y otros sectores de producción y generación de bienestar, la naturaleza es una fuente inagotable de ideas. Solo hay que echar un vistazo a los alrededores de un bosque tropical para encontrar entre sus habitantes verdaderas musas de inspiración.

El colorido pico de los tucanes le sirve al ave para buscar comida, defenderse y atraer parejas potenciales. A pesar de su gran tamaño, el pico está compuesto por un material que, aunque muy resistente, también es lo suficientemente ligero como para permitir al tucán volar con facilidad. Esta gran protuberancia está compuesta de varias capas de materiales entre los que se encuentran membranas de proteínas, un pegamento orgánico y fibras de queratina que, juntos, le confieren al pico de esta ave ranfástida la capacidad de absorber energía generada, por ejemplo, por golpes, y una gran resistencia a la compresión.

Estas características hacen del pico del tucán una estructura que los fabricantes de automóviles y aeronaves quieren imitar, con el objetivo de crear paneles resistentes a golpes que protejan a los pasajeros y materiales duraderos pero más ligeros. Al reducir el peso de los componentes de un vehículo, se reduce el uso de combustible.

Habitantes de los bosques tropicales de América son también las mariposas del género Morpho. El brillante color azul que exhiben los individuos de la especie Morpho dididus no es producido por pigmentos en las alas de las mariposas sino que es producto de la interacción de la luz con microestructuras o pequeñísimas aristas que se encuentran en las escamas de las alas. Estas microestructuras impiden selectivamente la producción de algunos colores mediante la interferencia de ciertas longitudes de onda de la luz, al tiempo que reflejan otras. Este sistema de producción de color permite el control de los flujos de luz, un mecanismo del que dependen las mariposas para la regulación de la temperatura, el camuflaje y la comunicación, y que, aplicado a la tecnología, podría emularse para crear estructuras que produzcan color sin tener que usar tintes o procesos de manufactura en los que muchas veces se utilizan materiales tóxicos.

Investigadores de la Universidad Simon Fraser y la empresa Nanotech Security Corp. han desarrollado un nuevo sistema para evitar la falsificación de billetes de dinero generando millones de pequeñísimos agujeros en la superficie de un material, parecidos a las microestructuras que dispersan la luz en las alas de las mariposas Morpho.

Pero quizás la aplicación más novedosa que se deriva del mecanismo de producción de color de las mariposas Morpho entra en el terreno de la producción de billetes de dinero y documentos personales como pasaportes y tarjetas de identificación protegidos contra la falsificación. Imprimiendo millones de agujeros microscópicos que interactúan con la luz para generar variadas composiciones de color, se crearían marcas distintivas a prueba de fraude que podrían ser leídas por máquinas.

”Estas nanoestructuras actúan como resonadores de la luz y producen ilimitadas combinaciones de distintivos con la máxima eficiencia óptica“, explica Bozena Kaminska, directora científica de la empresa canadiense Nanotech Security Corp. y profesora en la Universidad Simon Fraser en Vancouver, Canadá, quienes están perfeccionando la tecnología.

De acuerdo con la investigadora, el proceso de fabricación del producto ha sido particularmente difícil debido, precisamente, a la escala nanométrica a la que hay que hacer los agujeros. Aunque, asegura, ”cuanto más trabajamos en ello, mejores resultados obtenemos. Estamos adquiriendo un enorme conocimiento sobre las estructuras de estas mariposas y cada vez las reproducimos mejor“.

ARMONÍA EN EL CAOS
No todas las aplicaciones prácticas aprendidas de la naturaleza provienen de mecanismos tan complejos como los que mueven la trompa de un elefante o dan color a las alas de una mariposa. Fenómenos tan simples como la estética desordenada, aunque armónica, de las hojas en el suelo de un bosque o la distribución de las piedras en un riachuelo, también han alimentado la imaginación de arquitectos y diseñadores. Este ”caos ordenado“ que exhiben, por ejemplo, las hojas caídas en otoño ha dado origen a una línea de alfombras conformada por baldosas cuadradas individuales, del mismo tamaño aunque armónicamente diferentes entre sí, que se arman al gusto de la persona.

El ”caos ordenado“ de las hojas en el suelo de un bosque ha inspirado el diseño de una línea de alfombras modulares construidas a partir de baldosas individuales y reciclables que reducen la generación de desechos.

Patrones de diseño aleatorios agilizan el proceso de instalación, facilitan el mantenimiento y ayudan a reducir el exceso de material usado en la producción y, por lo tanto, de desecho.

 

De acuerdo con información divulgada por Interface, la empresa fabricante de estas alfombras modulares, la idea detrás de las baldosas individuales es que sea posible reemplazar únicamente la parte deteriorada por el uso o las manchas. De esta forma, se reduce la producción de desechos que genera el cambio de una alfombra entera sin alterar el diseño del resto de la habitación.

”Para Interface, la introducción de la biomímesis –o buscar en la naturaleza la solución a problemas&ndash representó todo un desafío a las ideas preconcebidas sobre la forma en que puede cubrirse el suelo“, señala Claude Ouimet, vicepresidente y gerente general de Interface para Canadá y América Latina. ”De forma similar a la aleatoriedad que se ve en las hojas caídas de un bosque, diseñamos cada baldosa para ser única. Patrones de diseño aleatorios agilizan el proceso de instalación, facilitan el mantenimiento y ayudan a reducir el exceso de material usado en la producción y, por lo tanto, de desecho“.

Además, las baldosas están fabricadas con material reciclable y los clientes pueden devolverlas a la empresa para que esta las convierta en nuevo material.

Con cientos de mecanismos por imitar, la ciencia de la biomímesis tiene todavía un largo camino por recorrer y los que se dedican a ella, mucho por aprender. Pero la apuesta por el éxito es casi segura porque la naturaleza, como una buena maestra, guía el proceso y deja que su sabiduría se convierta en inspiración.


Fotos:
Festo AG.
Theo Allofs / Corbis / Latinstock México.
Darrell Gulin / Corbis / Latinstock México.
Simon Fraser University / Nanotech Security Corp.
Interface, Inc.

 

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Eva Aguilar

Eva Aguilar es periodista y su especialidad es la divulgación científica. En Panamá trabajó en el diario La Prensa y en la Secretaría Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación (SENACYT). En los últimos diez años ha trabajado como colaboradora independiente para revistas y portales de internet de Panamá, España y el Reino Unido. Actualmente vive en Dundee (Escocia).