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Biomímesis, la tecnología que nace de la naturaleza

Tecnologías y adelantos inspirados en las capacidades de los seres vivos

  • El tren bala de Japón, el que recorre la vía Shinkansen y pionero de la alta velocidad en el mundo, tenía un problema. Al emerger de los túneles que atravesaba podía generar estruendos audibles a 400 metros a la redonda. Uno de los ingenieros de los trenes, Eiji Nakatsu, encontró la solución. Estaba en el pico de un pájaro: el martín pescador, ave que por su morfología puede "pasar de una densidad a otra, del aire al agua, sin producir prácticamente impacto", explica Rafael Aparicio, ingeniero clínico, filósofo, fundador de Biomival y miembro de Biomimicry Iberia.
    1El pico de un pájaro... El tren bala de Japón, el que recorre la vía Shinkansen y pionero de la alta velocidad en el mundo, tenía un problema. Al emerger de los túneles que atravesaba podía generar estruendos audibles a 400 metros a la redonda. Uno de los ingenieros de los trenes, Eiji Nakatsu, encontró la solución. Estaba en el pico de un pájaro: el martín pescador, ave que por su morfología puede "pasar de una densidad a otra, del aire al agua, sin producir prácticamente impacto", explica Rafael Aparicio, ingeniero clínico, filósofo, fundador de Biomival y miembro de Biomimicry Iberia.
  • Una forma que fue plasmada en el 'morro' de las sucesivas versiones del tren y que, además de conseguir silenciar el paso por los túneles y reducir la resistencia al aire un 30%, incrementó su velocidad un 10% y consiguió un ahorro de energía del 15%. El sistema también se imitó en España en algunas series del AVE. "Como en el caso del Shinkansen, la búsqueda activa en la naturaleza es una de las maneras de encontrar soluciones", dice Aparicio. Otras grandes máquinas, como algunas turbinas industriales, se fabrican siguiendo el patrón de espiral, presente en infinidad de seres vivos, entre los que se cuentan los moluscos o las hojas de la copa de un pino.
    2...para silenciosos trenes bala Una forma que fue plasmada en el 'morro' de las sucesivas versiones del tren y que, además de conseguir silenciar el paso por los túneles y reducir la resistencia al aire un 30%, incrementó su velocidad un 10% y consiguió un ahorro de energía del 15%. El sistema también se imitó en España en algunas series del AVE. "Como en el caso del Shinkansen, la búsqueda activa en la naturaleza es una de las maneras de encontrar soluciones", dice Aparicio. Otras grandes máquinas, como algunas turbinas industriales, se fabrican siguiendo el patrón de espiral, presente en infinidad de seres vivos, entre los que se cuentan los moluscos o las hojas de la copa de un pino.
  • La salamanquesa o 'gecko' no vive bajo las leyes de la gravedad. Por ello, este pequeño reptil, que asciende paredes verticales y se desplaza boca abajo sin inmutarse, ha fascinado con recurrencia a la comunidad científica. Su milagrosa capacidad, aparte de inspirar mitologías (como el trepamuros Spiderman), ha servido para estudiar los mecanismos de agarre y las fuerzas de sujeción. El secreto de la salmanquesa reside en las nanoespátulas que tiene en sus patas. Gracias a las fuerzas de Van der Waals, unas atracciones de corto alcance entre moléculas, los 'geckos' pueden pegarse y despegarse de casi cualquier superficie en cualquier ángulo.
    3Las patas de un reptil... La salamanquesa o 'gecko' no vive bajo las leyes de la gravedad. Por ello, este pequeño reptil, que asciende paredes verticales y se desplaza boca abajo sin inmutarse, ha fascinado con recurrencia a la comunidad científica. Su milagrosa capacidad, aparte de inspirar mitologías (como el trepamuros Spiderman), ha servido para estudiar los mecanismos de agarre y las fuerzas de sujeción. El secreto de la salmanquesa reside en las nanoespátulas que tiene en sus patas. Gracias a las fuerzas de Van der Waals, unas atracciones de corto alcance entre moléculas, los 'geckos' pueden pegarse y despegarse de casi cualquier superficie en cualquier ángulo.
  • Basándose en las habilidades de la salmanquesa, la NASA ha desarrollado el Gecko Gripper (en la imagen), un robot que emula la adherencia del reptil y podría explorar entornos inaccesibles y realizar tareas de mantenimiento en las naves espaciales. DARPA, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados de la Defensa de EE UU, presentó en su programa Z-Man unas manoplas que permiten a un humano de hasta 100 kilos trepar por una superficie vertical como si fuera el mismísimo hombre-araña. El 'gecko' ha inspirado otras aplicaciones, como la reconstrucción de vasos sanguíneos y la reparación de úlceras en el tracto digestivo. "Además de nuevos y más resistentes pegamentos que no dejan mancha", apunta Aparicio.
    4...en robots espaciales y hombres-araña Basándose en las habilidades de la salmanquesa, la NASA ha desarrollado el Gecko Gripper (en la imagen), un robot que emula la adherencia del reptil y podría explorar entornos inaccesibles y realizar tareas de mantenimiento en las naves espaciales. DARPA, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados de la Defensa de EE UU, presentó en su programa Z-Man unas manoplas que permiten a un humano de hasta 100 kilos trepar por una superficie vertical como si fuera el mismísimo hombre-araña. El 'gecko' ha inspirado otras aplicaciones, como la reconstrucción de vasos sanguíneos y la reparación de úlceras en el tracto digestivo. "Además de nuevos y más resistentes pegamentos que no dejan mancha", apunta Aparicio.
  • La salamanquesa ha servido de modelo para otras creaciones en el campo de la investigación: el Sticky Bot, por ejemplo, es un robot desarrollado por la Universidad de Stanford que calca la fisonomía del reptil y que se desplaza de manera autónoma. "Existen también robots que imitan las patitas laterales de los escarabajos y pueden desplazarse por una malla sin caerse", cuenta Aparicio.
    5...y también en 'gadgets' trepadores La salamanquesa ha servido de modelo para otras creaciones en el campo de la investigación: el Sticky Bot, por ejemplo, es un robot desarrollado por la Universidad de Stanford que calca la fisonomía del reptil y que se desplaza de manera autónoma. "Existen también robots que imitan las patitas laterales de los escarabajos y pueden desplazarse por una malla sin caerse", cuenta Aparicio.
  • "No somos los primeros en construir, no somos los primeros en optimizar el espacio, impermeabilizar o calentar una estructura". Estas palabras de Janine Benyus, la pionera y 'madre' de la biomímesis, pronunciadas durante una charla TED, se aplican perfectamente a los nidos de las termitas. Orientados al sol, sus montículos porosos (que además le dan apariencia de rascacielos) están horadados por cientos de canales que posibilitan un sistema de ventilación único. Gracias a estos túneles, y teniendo en cuenta los principios básicos de la física, el oxígeno entra y el dióxido de carbono sale. Así, estos prodigios de la arquitectura mantienen niveles estables de humedad y temperatura, especialmente en la parte central, donde vive la reina.
    6La casa de las termitas... "No somos los primeros en construir, no somos los primeros en optimizar el espacio, impermeabilizar o calentar una estructura". Estas palabras de Janine Benyus, la pionera y 'madre' de la biomímesis, pronunciadas durante una charla TED, se aplican perfectamente a los nidos de las termitas. Orientados al sol, sus montículos porosos (que además le dan apariencia de rascacielos) están horadados por cientos de canales que posibilitan un sistema de ventilación único. Gracias a estos túneles, y teniendo en cuenta los principios básicos de la física, el oxígeno entra y el dióxido de carbono sale. Así, estos prodigios de la arquitectura mantienen niveles estables de humedad y temperatura, especialmente en la parte central, donde vive la reina.
  • El sistema de 'respiración' natural de las termitas ha inspirado la construcción de inmuebles sostenibles, edificios que controlen su temperatura de manera natural. Uno de los ejemplos más conocidos es el Eastgate Centre de Zimbabue (en la imagen), un inmueble termorregulable en el que el aire entra por paredes que 'transpiran'. El calor será absorbido por el núcleo mismo del edificio, y por la noche será expulsado. Este sistema de climatización también es usado en otros edificios, como la Casa Termitario de Vietnam, un ejemplo de iluminación inteligente, o el edificio Portcullis House (Londres).
    7...para climatizaciones que 'respiran' El sistema de 'respiración' natural de las termitas ha inspirado la construcción de inmuebles sostenibles, edificios que controlen su temperatura de manera natural. Uno de los ejemplos más conocidos es el Eastgate Centre de Zimbabue (en la imagen), un inmueble termorregulable en el que el aire entra por paredes que 'transpiran'. El calor será absorbido por el núcleo mismo del edificio, y por la noche será expulsado. Este sistema de climatización también es usado en otros edificios, como la Casa Termitario de Vietnam, un ejemplo de iluminación inteligente, o el edificio Portcullis House (Londres).
  • No hay bacteria que pueda penetrar la piel de un tiburón. Su textura denticular, compuesta de miles de nanoescamas, impide que cualquier microorganismo nocivo se pueda adherir a ella y le convierte en un acorazado antiséptico. Su forma de desplazarse por el agua, además, ha sido estudiada por su capacidad hidrodinámica.
    8La piel del tiburón... No hay bacteria que pueda penetrar la piel de un tiburón. Su textura denticular, compuesta de miles de nanoescamas, impide que cualquier microorganismo nocivo se pueda adherir a ella y le convierte en un acorazado antiséptico. Su forma de desplazarse por el agua, además, ha sido estudiada por su capacidad hidrodinámica.
  • Inspirándose en este depredador del mar, varias compañías han desarrollado revestimientos para las paredes de los hospitales con el objetivo de repeler a las bacterias hospitalarias, aquellas que se fortalecen sobreviviendo en las condiciones más adversas. La piel del escualo ha inspirado también trajes de natación que disminuyen la resistencia del nadador al agua y que, como los tiburones,"generan vórtices y microrremolinos al nadar y alcanzan grandes velocidades", especifica Aparicio. De hecho, varios nadadores, entre ellos el plusmarquista y mejor olímpico Michael Phelps, usaron estos trajes hasta que la Federación los prohibió en 2010.
    9...para combatir bacterias hospitalarias Inspirándose en este depredador del mar, varias compañías han desarrollado revestimientos para las paredes de los hospitales con el objetivo de repeler a las bacterias hospitalarias, aquellas que se fortalecen sobreviviendo en las condiciones más adversas. La piel del escualo ha inspirado también trajes de natación que disminuyen la resistencia del nadador al agua y que, como los tiburones,"generan vórtices y microrremolinos al nadar y alcanzan grandes velocidades", especifica Aparicio. De hecho, varios nadadores, entre ellos el plusmarquista y mejor olímpico Michael Phelps, usaron estos trajes hasta que la Federación los prohibió en 2010.
  • El escarabajo de Namibia, pese a vivir en un clima desértico, nunca pasa sed. Sabe cómo almacenar de manera natural el agua que flota en la atmósfera. Un sistema que parece mágico pero que tiene una explicación sencilla: posee unos pequeños bultos, protegidos por lados cerosos, que atraen el agua de contenida en las brisas húmedas, líquido que después se condensa en su caparazón y se desliza directamente hasta su boca.
    10El caparazón de un escarabajo... El escarabajo de Namibia, pese a vivir en un clima desértico, nunca pasa sed. Sabe cómo almacenar de manera natural el agua que flota en la atmósfera. Un sistema que parece mágico pero que tiene una explicación sencilla: posee unos pequeños bultos, protegidos por lados cerosos, que atraen el agua de contenida en las brisas húmedas, líquido que después se condensa en su caparazón y se desliza directamente hasta su boca.
  • El escarabajo de Namibia impulsó a la empresa NBD Nano al desarrollo de un prototipo de botella que se llena sola. Recubierta de materiales que atraen y repelen el agua, la combinación posibilita que el líquido se condense dentro del envase. La compañía tiene también en su haber una tecnología que hace que las huellas dactilares no se quedan en superficies de metal y cristal para evitar que se repliquen con fines ilícitos. También inspirada en el insecto, la firma Seawater Greenhouse edifica invernaderos que transforman el vapor marino y en agua para los cultivos.
    11...para botellas que se llenan solas de agua El escarabajo de Namibia impulsó a la empresa NBD Nano al desarrollo de un prototipo de botella que se llena sola. Recubierta de materiales que atraen y repelen el agua, la combinación posibilita que el líquido se condense dentro del envase. La compañía tiene también en su haber una tecnología que hace que las huellas dactilares no se quedan en superficies de metal y cristal para evitar que se repliquen con fines ilícitos. También inspirada en el insecto, la firma Seawater Greenhouse edifica invernaderos que transforman el vapor marino y en agua para los cultivos.
  • Las semillas del cardo tienen la particularidad de engancharse a todo lo que toquen. Ovejas y otros animales han sufrido el poder de adherencia de esta planta, y cualquiera que haya paseado por el campo se habrá llevado el cardo a casa enganchado en las perneras del pantalón. Un contratiempo que, a finales de la década de los cuarenta, le sucedió al inventor suizo Georges de Mestral y a su perro.
    12Una planta fastidiosa... Las semillas del cardo tienen la particularidad de engancharse a todo lo que toquen. Ovejas y otros animales han sufrido el poder de adherencia de esta planta, y cualquiera que haya paseado por el campo se habrá llevado el cardo a casa enganchado en las perneras del pantalón. Un contratiempo que, a finales de la década de los cuarenta, le sucedió al inventor suizo Georges de Mestral y a su perro.
  • El inventor desenganchó las semillas de cardo de su mascota y tuvo una revelación: ¿por qué no crear un sistema de agarre basado en esta planta tan pegajosa? De Mestral desarrolló entonces el velcro, término compuesto de las palabras velours (terciopelo) y crouchet (gancho), un sistema que consta de dos tiras que se enganchan entre sí y que se convertiría en universal cuando la NASA comenzó a usarlo en sus trajes de astronauta. "Hay casos en los que la naturaleza nos ayuda por puro azar", dice Aparicio. El encuentro entre De Mestral y el cardo, a la postre feliz, daría lugar a uno de los productos más comercializados del mundo.
    13...para un invento universal El inventor desenganchó las semillas de cardo de su mascota y tuvo una revelación: ¿por qué no crear un sistema de agarre basado en esta planta tan pegajosa? De Mestral desarrolló entonces el velcro, término compuesto de las palabras velours (terciopelo) y crouchet (gancho), un sistema que consta de dos tiras que se enganchan entre sí y que se convertiría en universal cuando la NASA comenzó a usarlo en sus trajes de astronauta. "Hay casos en los que la naturaleza nos ayuda por puro azar", dice Aparicio. El encuentro entre De Mestral y el cardo, a la postre feliz, daría lugar a uno de los productos más comercializados del mundo.
  • Poblador de los climas más extremos, el cactus se adapta a todo. Los 'cactae' son los vegetales que mejor dosifican el agua; además, sus espinas (son hojas que han evolucionado para minimizar la pérdida de líquido) les protegen de todo animal que quiera extraer su agua. Son también un ejemplo de aprovechamiento de recursos: por la noche el cactus traspira, ya que por el día, cuando tienen que soportar temperaturas que superan los 50 grados, 'elige' retener el agua en su interior.
    14La capacidad de adaptación de los cactus... Poblador de los climas más extremos, el cactus se adapta a todo. Los 'cactae' son los vegetales que mejor dosifican el agua; además, sus espinas (son hojas que han evolucionado para minimizar la pérdida de líquido) les protegen de todo animal que quiera extraer su agua. Son también un ejemplo de aprovechamiento de recursos: por la noche el cactus traspira, ya que por el día, cuando tienen que soportar temperaturas que superan los 50 grados, 'elige' retener el agua en su interior.
  • De igual manera a su inspiración vegetal, el Cactus Sprouts Hotel de Doha (Catar), uno de los múltiples ejemplos de arquitectura biomimética, regula su temperatura. Las persianas inteligentes que protegen sus ventanas dejan pasar más o menos luz solar en función de la temperatura exterior para mantener un ambiente térmico adecuado. El edificio, pensado para adaptarse al clima desértico catarí, convierte además el CO2 en oxígeno gracias a una bóveda repleta de vegetación y acredita huella de carbono cero, además de tener sistemas de reciclaje de agua y abastecerse de energía fotovoltaica.
    15...para un hotel biointeligente en Catar De igual manera a su inspiración vegetal, el Cactus Sprouts Hotel de Doha (Catar), uno de los múltiples ejemplos de arquitectura biomimética, regula su temperatura. Las persianas inteligentes que protegen sus ventanas dejan pasar más o menos luz solar en función de la temperatura exterior para mantener un ambiente térmico adecuado. El edificio, pensado para adaptarse al clima desértico catarí, convierte además el CO2 en oxígeno gracias a una bóveda repleta de vegetación y acredita huella de carbono cero, además de tener sistemas de reciclaje de agua y abastecerse de energía fotovoltaica.
  • En la flor de loto el agua no cala. Este vegetal, protagonista de impresionantes imágenes en las que se aprecian sus propiedades hidrófugas, ha servido de inspiración para fabricar revestimientos y superficies que aúnan impermeabilidad y cualidades antibacterianas. En la actualidad, además, se están empezando a utilizar materiales inspirados en la flor de loto para recubrir las fachadas de algunos inmuebles y anular los efectos de la humedad y las precipitaciones.
    16La hoja del loto... para revestimientos impermeables En la flor de loto el agua no cala. Este vegetal, protagonista de impresionantes imágenes en las que se aprecian sus propiedades hidrófugas, ha servido de inspiración para fabricar revestimientos y superficies que aúnan impermeabilidad y cualidades antibacterianas. En la actualidad, además, se están empezando a utilizar materiales inspirados en la flor de loto para recubrir las fachadas de algunos inmuebles y anular los efectos de la humedad y las precipitaciones.
  • Gaudí, devoto de la belleza de lo natural, hizo de los árboles un motivo técnico y decorativo que emplearía en una de sus obras cumbre, la Sagrada Familia. Las columnas y la bóveda de la exuberante iglesia barcelonesa son una especie de bosque esculpido. Debajo de él yacen otras formas pétreas: moluscos, tortugas, frutas. Gaudí sacó provecho de su amor por la naturaleza en otras construcciones, como el Park Güell, poblado de piedras que podrían ser reptiles, o la Casa Milà, donde impera la línea curva como símbolo del crecimiento orgánico. "Lo hicieron muchos otros artistas, entre ellos genios como Da Vinci o Dalí", añade Aparicio.
    17(Y toda la naturaleza para las obras de Gaudí) Gaudí, devoto de la belleza de lo natural, hizo de los árboles un motivo técnico y decorativo que emplearía en una de sus obras cumbre, la Sagrada Familia. Las columnas y la bóveda de la exuberante iglesia barcelonesa son una especie de bosque esculpido. Debajo de él yacen otras formas pétreas: moluscos, tortugas, frutas. Gaudí sacó provecho de su amor por la naturaleza en otras construcciones, como el Park Güell, poblado de piedras que podrían ser reptiles, o la Casa Milà, donde impera la línea curva como símbolo del crecimiento orgánico. "Lo hicieron muchos otros artistas, entre ellos genios como Da Vinci o Dalí", añade Aparicio.
  • Los insectos pueden percibir movimientos fugaces en un rango de casi 360 grados. No ven, eso sí, como si miraran a través de un caleidoscopio, como su visión ha sido representada artísticamente en el cine. Compuestos de muchas facetas individuales, sus ojos perciben las imágenes como si fueran un mosaico pixelado, pero pueden detectar una gama mayor de colores, la polarización de la luz y mandar señales casi instantáneas a su sistema nervioso gracias a sus fotorreceptores.
    18Ojos de insectos... Los insectos pueden percibir movimientos fugaces en un rango de casi 360 grados. No ven, eso sí, como si miraran a través de un caleidoscopio, como su visión ha sido representada artísticamente en el cine. Compuestos de muchas facetas individuales, sus ojos perciben las imágenes como si fueran un mosaico pixelado, pero pueden detectar una gama mayor de colores, la polarización de la luz y mandar señales casi instantáneas a su sistema nervioso gracias a sus fotorreceptores.
  • Algunos insectos nocturnos han desarrollado su visión hasta poder ver en la oscuridad y adaptarse a diferentes grados de brillo y color. De ellos han tomado inspiración varios fabricantes de vehículos, que han creado algoritmos inteligentes para ayudar en la conducción nocturna. Igual que los insectos, el algoritmo puede detectar y procesar en tiempos ínfimos señales lumínicas repentinas, como los faros de un coche que pasa en sentido contrario, y adaptar la imagen de la cámara que llevemos instalada. Por otro lado, investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison han desarrollado unas lentes que permiten ver colores que el ojo humano no está preparado para percibir, y que ciertos animales tetracrómatas (aquellos con cuatro tipos de fotorreceptores por los tres de los humanos) sí aprecian.
    19...para sistemas de visión nocturna Algunos insectos nocturnos han desarrollado su visión hasta poder ver en la oscuridad y adaptarse a diferentes grados de brillo y color. De ellos han tomado inspiración varios fabricantes de vehículos, que han creado algoritmos inteligentes para ayudar en la conducción nocturna. Igual que los insectos, el algoritmo puede detectar y procesar en tiempos ínfimos señales lumínicas repentinas, como los faros de un coche que pasa en sentido contrario, y adaptar la imagen de la cámara que llevemos instalada. Por otro lado, investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison han desarrollado unas lentes que permiten ver colores que el ojo humano no está preparado para percibir, y que ciertos animales tetracrómatas (aquellos con cuatro tipos de fotorreceptores por los tres de los humanos) sí aprecian.
  • La Polystichum munitum, el helecho de espada occidental, es una planta con una estructura peculiar: sus hojas, compuestas de formas fractales, posibilitan un almacenamiento de energía eficiente y una óptima circulación del agua.
    20Una variedad de helecho... La Polystichum munitum, el helecho de espada occidental, es una planta con una estructura peculiar: sus hojas, compuestas de formas fractales, posibilitan un almacenamiento de energía eficiente y una óptima circulación del agua.
  • Basándose en la estructura del helecho, un equipo de la RMIT University ha desarrollado un electrodo de grafeno que podría incrementar 30 veces la capacidad de almacenamiento de los supercondensadores, unos dispositivos de almacenamiento de energía utilizados en, por ejemplo, vehículos eléctricos.
    21...para multiplicar por 30 la capacidad de los supercondensadores Basándose en la estructura del helecho, un equipo de la RMIT University ha desarrollado un electrodo de grafeno que podría incrementar 30 veces la capacidad de almacenamiento de los supercondensadores, unos dispositivos de almacenamiento de energía utilizados en, por ejemplo, vehículos eléctricos.