Biomimética: tecnología inspirada en la naturaleza

Desde tiempos inmemoriales, el ser humano ha buscado inspiración en la naturaleza para crear herramientas y soluciones que le permitan adaptarse a su entorno. La tecnología no es una excepción. De hecho, muchos de los avances más importantes en la tecnología han sido posibles gracias a la observación y el estudio de la naturaleza. La idea central es que la naturaleza ya ha resuelto muchos de los problemas a los que nos enfrentamos: los animales, las plantas y los microorganismos son ingenieros consumados. Después de miles de millones de años de investigación y desarrollo, lo que no ha funcionado es ahora un fósil, y lo que ha sobrevivido esconde el secreto de una gran ingeniería. La naturaleza tiene la obligación de ser ingeniera, y, por lo tanto, al imitar el resultado de los procesos biológicos, podemos crear soluciones tecnológicas que sean más eficientes y sostenibles.

Hay muchos ejemplos de esta práctica, que el ingeniero Otto Schmitt denominó biomimética o biomímesis (del griego bios, vida, y mímesis, imitación), y de la que fue precursor el famoso inventor Leonardo Da Vinci. La biomimética combina muchas disciplinas, como la biología, la física, la química y la informática, y se ha utilizado para diseñar soluciones en una amplia variedad de campos, como la arquitectura, la ingeniería y la medicina.

Los trenes “bala” de Japón siempre han sido famosos por su velocidad, pero hasta hace unos años, también lo eran por su ruido. Cuando estos trenes Shinkansen entraban en un túnel, empujaban el aire a tal velocidad que se generaba una onda de presión y sonido de bomba que se podía escuchar a 400 metros de distancia, lo que era un problema especialmente en áreas residenciales. Esta dificultad técnica era particularmente problemática porque estaba ligada tanto a la geometría del túnel como a la velocidad del tren.

La presión de la ola era proporcional a la relación entre la sección transversal del tren y la del túnel, y con cada aumento de unidad en la velocidad se producía un aumento exponencial en la presión. Para resolver esto, el director de desarrollo tecnológico Eiji Nakatsu se inspiró en las aves, en concreto en la aerodinámica del martín pescador, un ave que se sumerge a gran velocidad desde un fluido (el aire) a otro (el agua) 800 veces más denso sin apenas salpicar.

Supuso que la forma de su pico era lo que permitía al ave cortar tan limpiamente el agua y no generar una onda de impacto al entrar en el agua que asustaría a sus presas y complicaría su supervivencia como especie. Nakatsu rediseñó la parte delantera del tren imitando la forma del pico del martín pescador (con forma de diamante aplastado con los lados curvos) y logró reducir significativamente el sonido generado por el tren en los túneles.

Además, modificó los pantógrafos (las piezas que permiten al tren el suministro de electricidad) inspirándose en la forma de las plumas de los búhos, que tienen bordes dentados que fragmentan el flujo de aire y reducen las turbulencias, y por lo tanto también el ruido. Este tren ahora puede circular a 320 km/h y cumplir con el estricto estándar de ruido de 70 dBa establecido por el gobierno.

Otro claro ejemplo de imitación de la naturaleza en la tecnología es el desarrollo de materiales avanzados, como la seda de las arañas, increíblemente fuerte, ligera y muy resistente al agua y al fuego. Desde hace años se estudia su estructura y se reproduce de forma artificial con materiales sintéticos, para ser utilizados como equipos de protección, ropa deportiva y materiales de construcción. El mecanismo de cierre de velcro se inspiró en la capacidad de las rebabas de las plantas de bardana para sujetarse a la ropa humana. Las plantas usan esas rebabas para adherir vainas de semillas a los animales que pasan, y dispersarlas así en áreas más amplias. El velcro replica esto usando una tira forrada con ganchos junto con una tira de tela. Cuando se presionan juntos, los ganchos se unen a los bucles y se sujetan entre sí.

Materiales del futuro que cambiarán el mundo

En robótica el interés se centra en el estudio de animales que son muy eficientes en el movimiento y la navegación en su entorno. Los ingenieros biomiméticos analizan la forma en que estos animales se mueven y se han inspirado en ellos para crear robots que puedan moverse con facilidad en diferentes terrenos. Por ejemplo, robots inspirados en las serpientes para moverse en espacios estrechos y en terrenos difíciles; el robot “cucaracha” T-RHex, un robot de seis patas diseñado para caminar sobre terreno irregular y escalar paredes; el robot guepardo del MIT, que puede saltar sobre obstáculos inesperados; o la araña robot creada con impresión 3D por los investigadores del Instituto Fraunhofer de Alemania, dotada de fuelles hidráulicos que mueven sus piernas y le permiten mantener la estabilidad en sus desplazamientos a través de superficies escarpadas e inaccesibles. También en robótica se diseñan brazos manipuladores que pueden ser rígidos o flexibles según se requiera, inspirados en los pulpos y sus tentáculos. El movimiento flexible se realiza gracias a compartimentos inflables, mientras que su rigidez se controla con un tubo central que contiene gránulos, que se amontonan y comprimen cuando se aplica presión sobre ellos, para generar la rigidez buscada en el tentáculo.

Robots para cambiar el mundo

La eficiencia con la que puede nadar una ballena y las protuberancias en sus aletas, han inspirado a la empresa WhalePower para crear las turbinas eólicas de borde dentado, turbinas que en sí mismas son mucho más silenciosas y eficientes, hasta un 20% más, que las palas lisas habituales. La piel de tiburón inspiró la creación de avanzados revestimientos para cascos de barcos, submarinos, aviones e incluso trajes de baño para humanos. Los pequeños surcos o dentículos presentes en la piel de tiburón canalizan el agua y reducen significativamente su resistencia, consiguiendo que su velocidad en el agua sea superior a cualquier otro animal. 

Definitivamente, la naturaleza, la única empresa que sigue innovando después de millones de años, nos puede proporcionar modelos para una economía sostenible y de alta productividad, y trazarnos el camino hacia la necesaria reconstrucción ecológica del mundo actual.

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