La naturaleza llegó antes

En entradas previas, comentábamos uno de esos casos en los que la tecnología y la naturaleza llegan a la misma solución por caminos diferentes.  Más concretamente, hablábamos del equipo que logró desarrollar LED’s capaces de emitir 6 veces la luz emitida por un diodo convencional en el 2001 y de cómo tan sólo 4 años más tarde, investigadores de la Universidad de Exeter descubrieron que las mariposas llevaban 30 millones de años generando fluorescencia usando exactamente los mismos principios físicos que habían servido a los investigadores americanos para mejorar la tecnología LED.

Uno de los descubrimientos científicos más curiosos del año que se nos acaba de marchar es precisamente otro ejemplo de convergencia entre tecnología y naturaleza. Hablamos del descubrimiento de engranajes en las patas traseras de un pequeño insecto de la especie Issus coleoptratus. Se trata de un descubrimiento realmente sorprendente, puesto que los engranajes pertenecen a ese grupo de tecnologías que siempre hemos considerado demasiado humanas como para que estuvieran presentes en la naturaleza.

Sin embrago, los engranajes de este pequeño insecto de la especie Issus coleoptratus funcionan exactamente igual que los que podemos encontrar en una caja de cambios de un coche. Solo que en el caso de este insecto, los engranajes forman parte más de un sistema de propulsión que de transmisión. Según el profesor Malcolm Burrows «Estos engranajes permiten al insecto aprovechar las propiedades de su exoesqueleto para resolver un problema que ni el cerebro ni el sistema nervioso podrían solucionar.»

Los engranajes de los que están provistas sus patas traseras (Imagen) le sirven para saltar. Para hacer un buen salto necesita que ambas patas golpeen la superficie al unísono, puesto que en caso de que el movimiento de las patas traseras no estuviera perfectamente sincronizado, existiría un alto de riesgo de que el insecto virara fuera de control y empezase a dar vueltas en lugar de propulsarse hacia delante. En este caso, los engranajes garantizan el movimiento sincronizado de las patas. Se trata de un mecanismo tan efectivo que la diferencia entre el movimiento de una de las patas respecto a la otra, es de tan sólo 30 microsegundos.

No deja de ser sorprendente la existencia de engranajes en la naturaleza, y al mismo tiempo, nos recuerda la alta probabilidad que existe de que alguna de las 1,75 millones de especies biológicas conocidas en la actualidad, haya llegado a la solución que estamos buscando como resultado del proceso de selección natural que ha venido ocurriendo de manera constante desde la aparición de las primeras formas de vida hace 3.800 millones de años.

«Interacting Gears Synchronize Propulsive Leg Movements in a Jumping Insect,» by M. Burrows et al Science, 2013

Fuentes:

http://phys.org/news/2013-09-functioning-mechanical-gears-nature.html#jCp

http://www.cam.ac.uk/research/news/functioning-mechanical-gears-seen-in-nature-for-the-first-time#sthash.x25I6e4z.dpuf

La biomimética se cuela en el Camp Tecnológico de Vitoria-Gasteiz

La biomimética ha sido la gran protagonista a última hora de la mañana de este miércoles 27 de junio en el Colegio Carmelitas- Sagrado Corazón de Vitoria-Gasteiz. Durante casi hora y media esta disciplina se ha colado en el Camp Tecnológico, unos campamentos tecnológicos semanales dirigidos a niños y niñas de entre 8 y 16 años que se van a desarrollar hasta el próximo día 20 de julio en el centro vitoriano y en los que Biomimetiks estará presente cada miércoles.

En esta primera presentación han sido treinta niños y niñas los que han conocido y reflexionado sobre la biomimética de una manera dinámica y participativa. Así, mediante diferentes fotografías, vídeos, preguntas y juegos han descubierto desde qué es hasta por qué los trenes bala Shinkansen de Japón tienen ‘el pico’ de forma alargada, semejante a la del Martín pescador.

En otro ejemplo, también han reflexionado sobre la sincronización y organización de los bancos de peces. Éste ha sido uno de los momentos más divertidos para los más pequeños ya que, mediante un juego desarrollado por toda la sala y con ellos como protagonistas, han descubierto que la naturaleza se basa en órdenes sencillas para generar comportamientos complejos.

Además, se han ido con ‘deberes’ para casa. ¿Por qué el cactus tiene esa forma tan característica? ¿Para qué nos puede servir fijarnos en que el pájaro carpintero no sufre dolores de cabeza al golpear? ¿Y por qué cuando te pica un mosquito normalmente no notas el picotazo? Preguntas para reflexionar y conocer las soluciones innovadoras que nos ofrece la naturaleza.

Diseño de un botellín inspirándose en la biomimética

¿Se puede mejorar un botellín a través de la biomimética? La respuesta es sí, y en Specialized lo han hecho. Inspirándose en la naturaleza han desarrollado el Purist, un botellín cuyo interior no transmite al contenido ese sabor a plástico, que transmiten habitualmente los botellines al líquido que contienen. Además de esto, al botellín tampoco se le fijan los sabores ni los olores de las bebidas que hayan estado en su interior, y se limpia sin tener que frotar, solo hay que meter agua mezclada con algo de jabón y agitarlo.

Todo ello, lo han conseguido aplicando el efecto flor de loto, que ya explicamos en este post anterior, al interior de sus botellines. Lo que hicieron fue usar el sílice (SiO₂) para crear una superficie superhidrofóbica. Este compuesto genera una barrera tan efectiva, que en la industria médica se usa para producir superficies ultraestériles. En el caso de los botellines, las ventajas del SiO₂ son su inocuidad y que tanto el oxígeno como el silíceo son elementos abundantes en el planeta.

Pero la gente de Specialized no se quedó ahí, y aplicó la biomimética al diseño de las boquillas del botellín también. Para ello, se inspiró en el corazón del que estamos provistos, tanto los humanos, como el resto de vertebrados. Nuestro corazón, bombea la sangre oxigenada a todo el cuerpo, y al mismo tiempo, facilita el tránsito de la sangre desoxigenada a los pulmones. Para que esto ocurra de manera correcta, la sangre debe fluir en una única dirección. Este flujo unidireccional, es posible, gracias a la existencia de unas válvulas en nuestro corazón, que solamente permiten el flujo de sangre un una dirección.

A la hora de diseñar la boquillas de su botellín, Specialized se fijó en estas válvulas para diseñar el sistema Heart Valve^TM.  Este sistema de autocierre, permite  que el agua fluya únicamente al apretar el botellín y una vez cesa la presión, la válvula se cierra por sí sola y el agua no se derrama. Esto permite beber del botellín directamente, sin tener que abrir y cerrar la boquilla manualmente. Fijarse en la naturaleza, puede aportarnos una visión diferente del problema a afrontar y ayudarnos a desarrollar soluciones innovadoras que de otra manera no se nos habrían ocurrido.

Biomimética: soluciones innovadoras sencillas

En anteriores posts, hemos hablado de soluciones biomiméticas con un alto componente tecnológico. Si bien es cierto, que el nivel de conocimiento científico desarrollado en las últimas décadas incrementa el potencial innovador de la biomimética de manera considerable,también hay que tener en cuenta, que la naturaleza pone a nuestra disposición multitud de soluciones sencillas. Para dar con ellas solo es necesario saber cómo encontrarlas.

Uno de estos casos es el velcro. El velcro, fue inventado por George de Mestral y para ello se inspiró en las semillas de la bardana. Tras ver como estas semillas se enganchaban fuertemente al pelo de su perro, decidió examinarlas al microscopio. Al observarlas en detalle, se dio cuenta de que el mecanismo que estas empleaban, podía servir para desarrollar sistemas de cierre y apertura rápidos y sencillos.   

Otro ejemplo de  soluciones biomiméticas al alcance de cualquiera, serían las cáscaras de los huevos. Su forma ovalada, hace que las cargas que se aplican en sus extremos se distribuyan de manera uniforme por toda su superficie. Esto elimina  los puntos críticos, minimizando el riesgo de fractura.

Para terminar con la batería de soluciones sencillas, os hablaré de los girasoles.  La manera en que los girasoles almacenan sus semillas, permite almacenar el mayor número de semillas en el menor espacio posible. Los espejos solares de la planta termosolar Gemasolar en Sevilla, se han colocado tomando como modelo la disposición de las semillas de girasol. Utilizar esta disposición, permite colocar el mayor número de espejos en el menor espacio posible, lo que permite producir la mayor cantidad de energía eléctrica, en el menor espacio posible.

Como podéis ver, no hace falta irse a los trópicos a buscar especies exóticas, ni realizar complicados estudios científicos para encontrar soluciones innovadoras en el mundo natural. Tan sólo hace falta tener claro cual es el problema que queremos solucionar, y saber para que ser vivo ha sido crucial encontrar una solución a dicho problema. Las soluciones que necesitamos, pueden estar más cerca de lo que pensamos.

Soluciones innovadoras para reducir las emisiones de CO2

Como consecuencia de la evolución, han surgido seres vivos capaces de sobrevivir en las más extremas condiciones medioambientales. Entender cómo algunos microrganismos son capaces de vivir a temperaturas superiores a los 100^oC, en ausencia total de agua o en medios extremadamente ácidos, puede ser la base para desarrollar potentes innovaciones tecnologícas. Sin embargo, esta extrema capacidad de supervivencia, puede resultar a veces, un auténtico quebradero de cabeza.

Este es el caso de los cascos de los barcos. Los barcos permanecen sumergidos en un medio acuoso durante la mayor parte de su vida útil. Allí, se ven sometidos a la acción de una gran variedad de plantas, algas, animales y pequeños microrganismos, que se adhieren a su superficie y la deterioran, modificando sus propiedades químicas y físicas. Se estima que este fenómeno, incrementa en un 60% el rozamiento de los cascos de los barcos, lo que a su vez provoca un aumento en el consumo de combustible del 40%.

Del mismo modo que en la naturaleza existen organismos capaces de adherirse a cualquier tipo de superficie y sobrevivir con un mínimo aporte de nutrientes, existen seres vivos, que han desarrollado estrategias destinadas a evitar la acción perniciosa de estos supervivientes extremos. Las semillas de multitud de plantas que aprovechan las corrientes marinas para dispersarse, bien podrían considerarse los barcos de la naturaleza.

Científicos alemanes del Biomimetics Innovation Centre, dejaron flotando en el Mar del Norte 50 especies distintas de estos “barcos naturales”. Tras 12 semanas, comprobaron que 12 de estas semillas no mostraban signos de deterioro alguno. Tras analizar las estrategias de cada una de las semillas que permanecían intactas, se decidieron por la semilla de Dypsis rivularis. Una especie de palmera, cuya capacidad de evitar la adhesión de otros seres vivos reside en su superficie.

El equipo de investigadores creó una superficie de silicona que emulaba la superficie de las semillas. Esta superficie artificial basada en semillas flotantes, podría sustituir a las pinturas tóxicas que se usan en la actualidad para evitar que los cascos de los barcos se deterioren. Al mismo tiempo, supondría un ahorro de combustible para los barcos y una reducción de las emisiones de CO2 a la atmósfera causadas por el transporte marítimo.

Biodiversidad: un regalo lleno de soluciones innovadoras

«Muchos de los problemas de sostenibilidad a los que se enfrenta la humanidad ya los ha resuelto el mundo natural, en todo su esplendor y diversidad, de maneras ingeniosas, inesperadas y que incluso parecen ir en contra de la intuición». De este modo comienzan Achim Steiner (Subsecretario de las Naciones Unidas) y Ashok Khosla (Presidente de la Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza) el prólogo del libro «La Economía Azul» de Gunter Pauli.

Las abejas nos enseñan cómo optimizar el diseño de sistemas de almacenamiento reduciendo al mínimo el uso de materiales, las termitas a cómo construir edificios que reducen el gasto en climatización, los árboles a cómo diseñar piezas más ligeras… Podríamos seguir con un sin fin de ejemplos de cómo el conocimiento acumulado durante millones de años por la naturaleza nos puede inspirar para desarrollar soluciones innovadoras que permiten mejorar la competitividad de las empresas

La naturaleza y las especies que en ella encontramos nos ofrecen todo esto de manera gratuita. Las soluciones están ahí a nuestra disposición. Esta en nuestra mano aprender de ellas. Tenemos aquí, por tanto, una razón de gran peso para hacer ver al mundo empresarial el porqué preocuparse por la biodiversidad: proteger y conservar las especies naturales es asegurarse millones de soluciones innovadoras a nuestra disposición.