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Biomimetismo -

En el floreciente campo de la biomimetismo, en el que ingenieros, investigadores y arquitectos miran al mundo biológico en busca de respuestas a problemas de diseño comunes, 2014 se desarrolló como un año rico en innovaciones en robótica, tecnología ecológica y medicina. Los científicos e ingenieros reconocieron oficialmente el valor de aplicar rasgos seleccionados evolutivamente a desafíos de diseño difíciles y desarrollaron una gran cantidad de nuevas tecnologías inspiradas en organismos vivos. Desde pulpos robóticos hasta células solares de ojo de polilla, la biomimetismo dio forma a la forma en que se abordaron los desafíos de ingeniería, presagiando una gran promesa para el futuro de la tecnología.

colisión pájaro-ventana

Buscar inspiración en la naturaleza para el diseño no era un concepto nuevo. Durante el Renacimiento italiano, el inventor Leonardo da Vinci estudió una variedad de animales voladores en su búsqueda para crear una máquina para el vuelo impulsado por humanos. Inspirado por las alas membranosas de los murciélagos y sus movimientos únicos, Leonardo modeló las alas de su "ornitóptero" utilizando un marco de pino cubierto de fina seda; las alas se retorcieron mientras batían. Aunque el artilugio nunca voló, el diseño de Leonardo fue claramente un intento de imitar las hazañas de la naturaleza que observaba con tanta atención. Del mismo modo, el ingeniero suizo George de Mestral se inspiró en 1941 en las tenaces rebabas que se le clavaban en su chaqueta de caza y en el pelaje de su perro. El eficiente mecanismo de enganche de las rebabas lo llevó finalmente a la creación del sistema de cierre de gancho y bucle conocido como Velcro.

La biomimetismo moderno es posible gracias a la evolución, el mecanismo por el cual la naturaleza clasifica y prueba innumerables prototipos para encontrar adaptaciones adecuadas para una determinada población de organismos. Las presiones selectivas ponen cada variación a la prueba definitiva: la supervivencia. Si un rasgo no le permite a un organismo competir, explotar recursos y reproducirse, se elimina de la población. Con eso en mente, la bióloga Janine Benyus acuñó el término biomimetismoen 1997 por la idea de que los humanos pueden y deben tomar prestados los diseños probados proporcionados por el mundo natural. La biomimetismo permite a los ingenieros e investigadores explotar los éxitos de la evolución y aplicarlos para satisfacer las demandas del entorno humano. En lugar de intentar resolver los desafíos del diseño desde cero, los científicos pueden buscar ideas en los resultados probados y verdaderos de la naturaleza.

Biomimetismo en Medicina.

La biomimetismo permitió varios desarrollos fascinantes en el campo médico. Investigadores de la Universidad de Texas en Austin observaron el mecanismo auditivo de la mosca parásita Ormia ochracea para desarrollar un diminuto dispositivo auditivo hipersensible en 2014. Equipado con oídos especializados, O. ochracea es capaz de seguir los sonidos de los chirridos de los grillos para concentrarse en individuos a parasitar. En los seres humanos, los sonidos llegan a un oído un poco antes de llegar al otro, lo que permite al cerebro discernir la dirección de donde emanan los sonidos. Sin embargo, las orejas de las moscas son tan pequeñas y tan juntas que los sonidos llegan a ambos oídos casi al mismo tiempo. Para compensar, los tímpanos de O. ochraceaestán conectados por una estructura similar a un balancín, que amplifica las pequeñas diferencias en los tiempos de llegada de los sonidos y permite así al insecto localizar con precisión a su presa. Los investigadores copiaron ese mecanismo oscilante para crear un dispositivo diminuto que podría usarse en la próxima generación de audífonos o para crear micrófonos adaptables que se enfocan en sonidos o conversaciones particulares.

Los parásitos también sirvieron de inspiración para nuevas microagujas quirúrgicas que se utilizan para unir injertos de piel. Similar a la cabeza de Pomphorhynchus laevis , un gusano intestinal parasitario, las puntas de esas diminutas agujas se hinchan cuando entran en contacto con el agua. Esa característica permite que tanto los gusanos como las agujas se adhieran a los tejidos blandos con un daño mínimo e inflijan poco trauma al tejido cuando se desinflan y se separan de él. Los científicos descubrieron que esas microagujas eran fácilmente reversibles y que proporcionaban una adhesión tres veces más fuerte que las grapas quirúrgicas convencionales.

La biomimetismo también se utilizó para combatir el aumento de bacterias resistentes a los medicamentos en hospitales y otras instalaciones médicas. Habiendo observado que los tiburones son menos vulnerables a los percebes y las algas que muchos otros organismos marinos, los investigadores encontraron texturas microscópicas en la piel de tiburón que inhibieron significativamente el crecimiento de esos organismos y, sorprendentemente, el de las diversas bacterias responsables de las infecciones adquiridas en el hospital. Los investigadores copiaron esas texturas para crear una piel de tiburón sintética que podría aplicarse a una variedad de superficies, desde dispositivos médicos hasta teclados de computadora, para prevenir el crecimiento de bacterias dañinas.

Biomimetismo en Robótica.

La biomimetismo condujo al desarrollo de una serie de formas robóticas innovadoras. En 2014, un grupo de investigadores italianos inició el proceso de patentar un robot flexible de brazos múltiples inspirado en pulpos. Tradicionalmente, los robots habían estado limitados por sus formas angulares y cuerpos duros, factores que reducían su funcionalidad. El pulpo robótico, que podía nadar y gatear por encima y alrededor de los obstáculos, era de cuerpo blando y presentaba seis brazos flexibles con los que agarrar y manipular objetos. Para nadar, algunos de sus apéndices flexibles proporcionaban empuje mientras que los otros proporcionaban estabilidad. Con un mayor desarrollo, estos robots podrían usarse en exploración de aguas profundas y en operaciones de búsqueda y rescate.

De manera similar, los ingenieros de la Universidad de Virginia estaban construyendo el "Mantabot", un robot nadador de cuerpo blando inspirado en mantarrayas y mantarrayas. Las rayas son poderosos nadadores y pueden deslizarse largas distancias para conservar energía. El Mantabot, equipado con aletas flexibles en forma de alas hechas de silicona y plástico, fue moldeado a partir de un rayo cownose real. Su natación eficiente imita la de los rayos reales y podría usarse para recopilar datos marinos para científicos o realizar vigilancia submarina para los militares.

Biomimetismo en tecnología verde.

La tecnología verde también se benefició del aumento de las aplicaciones de biomimetismo. En 2014, investigadores suizos publicaron un artículo anunciando un nuevo tipo de célula solar inspirada en los ojos de las polillas de jardín. Para ver de noche y evitar la atención de los depredadores, los ojos de polilla son muy eficientes en la absorción de luz. Utilizando partículas de óxido de tungsteno cubiertas con óxido de hierro, los científicos pudieron imitar la forma en que los ojos de las polillas absorben casi toda la luz incidente y así crear células solares altamente eficientes. Al absorber la luz que reflejan otras células solares, esas células solares inspiradas en las polillas tenían un gran potencial para hacer avanzar la tecnología solar.

En un esfuerzo por reducir la cantidad significativa de aves muertas por colisiones con ventanas que reflejaban el cielo abierto, los científicos de biomimetismo buscaron inspiración en las telarañas. La seda de araña refleja los rayos ultravioleta (UV) y, aunque esa característica es casi imperceptible para los humanos y muchos insectos, actúa como un elemento disuasorio eficaz para las aves y, por lo tanto, protege las telarañas para que no se destruyan. Los científicos imitaron esa característica para crear un vidrio a prueba de pájaros que estaba incrustado con bandas de material reflectante de UV en patrones que se parecían a telas de araña. Con un estimado de 100 millones a mil millones de aves que mueren cada año en los Estados Unidos debido a colisiones de ventanas, la capacidad de los vidrios a prueba de aves para reducir drásticamente tales muertes de aves prometía ser un avance ecológico.

Dada la increíble diversidad de la vida, los investigadores de biomimetismo tenían un suministro aparentemente interminable de organismos y adaptaciones de los que inspirarse. La biomimetismo condujo a una asombrosa colección de avances tecnológicos, que van desde botellas de agua que se rellenan automáticamente y que imitan a los escarabajos del desierto hasta pintura autolimpiante inspirada en hojas de loto hidrófobas. Suponiendo que la humanidad pueda preservar la biodiversidad que impulsa la biomimetismo, el campo promete continuar generando soluciones innovadoras. Al observar los rasgos que la evolución había probado rigurosamente durante milenios, la biomimetismo permitió a los ingenieros y científicos "aprender de nuestros mayores" y utilizar los éxitos de la naturaleza para informar el diseño y la tecnología.

Melissa Petruzzello