De “bios”, que significa vida , y “mimesis”, que significa imitar, la biomimética es la ciencia que estudia las mejores ideas de la naturaleza, utilizando sus diseños y procesos para resolver los problemas que se nos presentan a los humanos.
La idea fundamental es que la naturaleza, imaginativa por necesidad, ha resuelto ya muchos de los problemas con los que nos vamos encontrando nosotros. Animales, plantas, microbios, etc., resultan a veces ser consumados ingenieros, entre los que, tras millones de años de I+D+i, los fracasados pasaron a ser fósiles, y sólo los triunfadores sobrevivieron.
Los seres humanos están imitando a los organismos que mejor se adaptan a nuestro hábitat, lo que constituye una buena estrategia de supervivencia para la raza humana, y un camino para un futuro sostenible. Cuanto más se parezca el funcionamiento de nuestro mundo al de la propia naturaleza, más posibilidades tendremos de conservar este planeta, que es nuestro, … pero no sólo nuestro.
Son muchos los descubrimientos e inventos modernos del hombre, que están inspirados en modelos biológicos, utilizados y perfeccionados previamente por la naturaleza. Veamos algunos ejemplos de esos muchos diseños ofrecidos por la Naturaleza, de la que el hombre ha aprendido algo y ha copiado mucho:
En 1941, el ingeniero suizo George de Mestral, tras dar un paseo por el campo, observó que los bajos de sus pantalones, otras partes de su ropa y hasta su propio perro, llevaban “fuertemente enganchadas” una especie de bolas vegetales, provistas de diminutos ganchos. De aquella observación, y de la curiosidad de aquel hombre, nació el velcro, que es una de las aplicaciones más conocidas y usadas de la biomimética.
El velcro, con un funcionamiento tan simple como ganchos frente a maraña (conjunto de hebras enredadas), se ha convertido hoy día en omnipresente en nuestras vidas, con un enorme campo de aplicaciones, sustituyendo con ventaja a las cremalleras y a casi cualquier otro tipo de cierre.
Uno de los métodos utilizados por los murciélagos, así como por los delfines, los cachalotes y otros animales para orientarse, detectar obstáculos o localizar presas, es la utilización de ondas acústicas. Producen sonidos de distintas frecuencias, que son emitidos en todas direcciones, y cuando las ondas de sonido emitidas chocan con un objeto, rebotan y producen un sonido de vuelta (eco de retorno) que permite al animal conocer las características del objeto (tamaño, forma, distancia, posición, estado de reposo o movimiento, etc.). Este método recibe el nombre de ecolocalización, es decir localización por el eco.
Este método biológico de localización a distancia, ha dado lugar a aplicaciones de enorme utilidad para la humanidad, como el RADAR (acrónimo de RAdio Detection and Ranging, es decir “detección y alcance por radio”), cuando se manejan ondas electromagnéticas, y el SONAR (acrónimo de SOund Navigation And Ranging, es decir “navegación y alcance por sonido”), cuando se trata de ondas acústicas.
Los pingüinos de la Antártida optimizan su rendimiento energético, con un consumo de energía tan bajo, que podríamos establecer, con una analogía técnica, que su gasto de energía permitiría a un pingüino nadar más de 1500 km a través de las frías aguas del mar polar con un solo litro de gasolina.
La alta eficiencia de su sistema de propulsión es consecuencia de la extremadamente baja resistencia al avance de su cuerpo, tras 40 millones de años de evolución, bajo las condiciones más adversas. Las medidas efectuadas sobre modelos, en túneles de viento y canales de agua, en la Universidad Técnica de Berlín, pusieron de manifiesto, que los coeficientes de rozamiento y arrastre de este animal superan a las mejores creaciones técnicas humanas en más de un 20 %.
Tras el contorno, aparentemente poco elegante, del pez boxfish (también conocido como pez caja, o pez cofre) se esconde toda una lección de diseño eficiente. La disminución del rozamiento permite a este pez nadar una distancia de hasta seis veces la longitudes de su cuerpo en un segundo, estabilizado por la quilla constituida por la propia forma de su cuerpo.
Los fabricantes de Mercedes-Benz se inspiraron en este pez para desarrollar el concepto de Coche Biomimético, y al someterlo a las pruebas de viento, en su fábrica de Stuttgart, mostraron la magnífica aerodinámica del coche, lo que ayuda a incrementar notablemente su rendimiento, consiguiendo más velocidad con menos consumo.
Análogamente, en el Instituto de Energía Eólica de Canadá se han probado palas para aerogeneradores, que imitan las aletas festoneadas de las ballenas, consiguiendo mayor potencia para velocidades de viento más lentas que con las palas convencionales y sobre todo funcionando con mucho menos ruido, que es una de las mayores objeciones de este tipo de generadores.
La “piel de tiburón”, está recubierta de placas diminutas, con aspecto de dientes, o escamas dentadas, que le dan una textura similar al papel de lija. Esta estructura reduce la resistencia turbulenta al avance, al estar todas las escamas orientadas en la forma adecuada, en dirección y sentido, respecto al avance del tiburón, favoreciendo que el agua se deslice sobre la piel en un régimen laminar, sin remolinos.Esta propiedad de la piel de tiburón ayuda también a reducir la fricción del casco para los barcos, lo que aumenta su velocidad y reduce el consumo de combustible. Los fabricantes de equipos para la natación han conseguido imitar este efecto en sus productos, consiguiendo tales éxitos que su utilización en las competiciones deportivas está cuestionada, al considerarse una ayuda externa al nadador.
Volviendo a tierra firme, existe una leyenda urbana que cuenta que la idea de las señales conocidas como “ojos de gato” surgió una noche de niebla de 1933, cuando un conductor británico estuvo a punto de salirse de la carretera y tener un serio accidente. La casualidad quiso que los ojos de un gato que estaba subido a una valla cerca de la vía reflejaran la luz de su coche, por lo que tuvo tiempo de ver el peligro y esquivarlo. Se dice que, inspirado en aquella experiencia, diseñó unos reflectores formados por una lente esférica y un espejo en su fondo, tratando de copiar los ojos que le habían salvado.
Lo cierto es que hoy día, al circular de noche por muchas de nuestras carreteras, concretamente en las de doble sentido, vemos sobre el asfalto, a lo largo de la línea central de la carretera, una sucesión de pequeños círculos luminosos. Es el reflejo de los ojos de gato, reflejos que proceden de elementos montados a lo largo del eje de la carretera, mediante la unión de varias piezas, que imitan la óptica del ojo del gato. Cada unidad es un cilindro de vidrio, convexo en sus bases, y con la parte trasera reflectante, con lo que se consigue un fuerte reflejo, aunque la luz incidente sea débil, y que además conserva la dirección de la luz incidente, cambiando únicamente el sentido del recorrido, lo que supone la ventaja de devolver el reflejo, cualquiera que sea la posición del foco emisor de la luz incidente.
La superficie exterior del escarabajo de Namibia (Stenocara), su exoesqueleto, posee una estructura recubierta de protuberancias en forma de cúpula dispuestas de forma hexagonal. El vapor de agua que contiene el aire, se condensa en la superficie lisa de las protuberancias hidrófilas, que favorecen la condensación, y al acumularse las gotas e ir creciendo, caen por el caparazón y corren en pendiente por los canales de la superficie, llegando finalmente hasta la boca del insecto. Todas las partes bajas, y los canales de desagüe, entre las protuberancias, son hidrófobos, al estar recubiertas de cera, lo que repele el agua y facilita su deslizamiento.
Otro captador natural de agua, capaz de sorberla a través de una de sus patas, es la lagartija espinosa, presente en áridos desiertos del sur de Estados Unidos, Méjico y en Australia. En experiencias efectuadas en laboratorio, demuestran la capacidad de sus patas para actuar como mecha de captación de agua, de forma que si se coloca un recipiente con agua al alcance de una de las patas del animal, será capaz de obtener toda la que necesita, distribuyéndola por todo el cuerpo a través de canales situados entre sus escamas.
En la actualidad, el sistema de captura del Stenocara ha sido ya utilizado por la compañía NBD Nano para crear una botella que se llena de agua a partir del aire del entorno, y espera ponerla en el mercado para el 2014. Para alcanzar este resultado, esta compañía ha desarrollado una serie de capas con recubrimientos hidrófilos e hidrófobos, es decir el mismo método del Stenocara, utilizando un ventilador para conseguir la circulación forzada del aire, para finalmente lograr la obtención del agua, que se condensa.
El Tren de Alta Velocidad, que en el caso de Japón se diseñó para una velocidad máxima superior a los 400 km/h (Tren Bala), presentó muchos problemas de ruido aerodinámico en condiciones de marcha, y además los cambios de presión en las entradas-salidas de los túneles, provocaban verdaderos estampidos sónicos. Para poder alcanzar las altas velocidades que se pretendía, venciendo la enorme resistencia del aire y el ruido que producía, había que modificar su parte frontal.
Para ello, tras numerosas pruebas en los túneles de viento, los ingenieros se plantearon la pregunta: “¿Hay algo en la naturaleza que se desplace de forma rápida y sin problemas al cruzar dos medios muy diferentes?”. La respuesta se consiguió emulando a una de las aves que ha evolucionado para reducir al mínimo la resistencia a la inmersión entre el aire y el agua, el Martín Pescador, que cruza la superficie del agua con mínimas salpicaduras, que no le impiden la captura de los peces que le sirven de alimento. Dándole al morro del tren la forma del pico del Martín Pescador, copiado a escala, no solo se eliminó el estampido sónico, sino que se consiguió un ahorro de energía del 15%, junto con un aumento de la velocidad del 10%.
Adolfo Marroquín Santoña
Adolfo Marroquín, Doctor en Física, Geofísico, Ingeniero Técnico Industrial, Meteorólogo, Climatólogo, y desde 1965 huésped de Extremadura, una tierra magnífica, cuna y hogar de gente fantástica, donde he enseñado y he aprendido muchas cosas, he publicado numerosos artículos, impartido conferencias y dado clases a alumnos de todo tipo y nivel, desde el bachillerato hasta el doctorado. Desde este blog, trataré de contar curiosidades científicas, sobre el clima y sus cambios, la naturaleza, el medio ambiente, etc., de la forma más fácil y clara que me sea posible.