Las baterías blandas y los robots que caminan sobre el agua se encuentran entre las muchas creaciones posibles gracias al estudio de animales y plantas.
Durante siglos, los ingenieros han recurrido a la naturaleza en busca de inspiración. leonardo da vinci soñado de máquinas planeadoras que imitarían a las aves. Hoy en día, el estudio detenido de animales y plantas está dando lugar a inventos como baterías blandas y robots que caminan sobre el agua.
Cassandra Donatelli, bióloga de la Universidad de Washington, Tacoma y autora de un reciente revisar del floreciente campo de la “bioinspiración”, atribuye la tendencia a nuevas herramientas sofisticadas, así como a un nuevo espíritu de colaboración.
«Es enorme», dijo. «Aquí tenemos un laboratorio de biomecánica donde tenemos seis o siete ingenieros y 10 biólogos. Estamos todos físicamente en el mismo edificio, trabajando juntos».
A pesar de su promesa, el futuro de la bioinspiración es turbio. La administración Trump ha propuesto recortar el presupuesto de investigación de la Fundación Nacional de Ciencias en un 55 por ciento, destinando los fondos restantes a unos pocos campos como la inteligencia artificial y la computación cuántica. La bioinspiración, que ha prosperado gracias a esta financiación, puede salir perdiendo.
«Ese trabajo se verá afectado por las nuevas prioridades de la NSF», afirmó Duncan Irschick, biólogo de la Universidad de Massachusetts. «Sinceramente me preocupa entregarle el mando de la investigación bioinspirada a China».
A continuación se muestran algunos inventos, tanto nuevos como históricos, que se han inspirado en la creatividad de la naturaleza.
En 1941, el inventor suizo Jorge de Mestral se fue de caza. En el camino, las rebabas de bardana se le pegaron a los pantalones y al pelaje de su perro. Curioso por su poder para adherirse, de Mestral puso las rebabas bajo un microscopio. el vio miles de pequeños ganchos. Lo que vio lo llevó a imaginar un nuevo tipo de sujetador, uno que no dependiera de nudos o pegamento.
Unos años más tarde, de Mestral descubrió una sustancia que podría hacer realidad esa idea: el nailon. La fibra sintética podría doblarse permanentemente formando un gancho. De Mestral descubrió que los ganchos de nailon se adherían fácilmente a la tela y se podían despegar. En 1955, presentó una patente para su invento, al que llamó Velcro, una combinación de las palabras francesas “velour” (“terciopelo”) y “crochet” (“ganchos”).
Cuando los ingenieros de Japón crearon una flota de trenes de alta velocidad en las décadas de 1980 y 1990, también crearon algunos problemas inesperados. Un tren que viajaba a través de un túnel a más de 220 millas por hora comprimió el aire que tenía delante. Cuando la onda de presión llegó a la salida del túnel, creó un estallido sónico.
Un ingeniero llamado Eiji Nakatsu buscó una manera de silenciar los trenes. «Entonces se me ocurrió la pregunta: ¿existe algún ser vivo que maneje los cambios repentinos en la resistencia del aire como parte de la vida diaria?» Sr. Nakatsu recordado en una entrevista de 2005.
El señor Nakatsu no era sólo un ingeniero, sino también un ávido observador de aves. Mientras reflexionaba sobre la pregunta, el martín pescador vino a la mente. Cuando el pájaro se lanza a gran velocidad para pescar, su El pico se desliza en el agua. sin salpicadura.
Así que Nakatsu y sus colegas construyeron locomotoras con extremos delanteros redondeados y ahusados. Su forma de pico de martín pescador redujo la presión del aire en los túneles en un 30 por ciento, haciendo que los trenes fueran más silenciosos y eficientes, incluso cuando viajaban más rápido a través de los túneles.
En la década de 1990, Frank Fish observó de cerca las enormes protuberancias que tachonan el borde anterior de las aletas de las ballenas jorobadas. El Dr. Fish, biólogo de la Universidad de West Chester en Pensilvania, y sus colegas descubierto que estos tubérculos mejoran significativamente el rendimiento de las ballenas al mantener el agua fluyendo suavemente sobre sus aletas, generando sustentación adicional.
El Dr. Fish y sus colegas patentaron su descubrimiento, que desde entonces ha sido adoptado por ingenieros para mejorar una larga lista de dispositivos. Los tubérculos prolongan la vida útil de las palas de las turbinas eólicas, por ejemplo, y hacen que los ventiladores de techo industriales sean más eficientes. Incluso se pueden encontrar en aletas de tablas de surf y espejos de camiones.
La pata de un gecko está cubierta por medio millón de diminutos pelos, cada uno de los cuales se divide en cientos de ramas. Cuando un gecko golpea una pared con su pie, muchas de las ramas empujan con fuerza contra la superficie. Cada rama crea una débil atracción molecular hacia la pared y juntas generan una fuerza poderosa; sin embargo, el gecko puede retirar fácilmente su pie en un milisegundo.
Dr. Irschick y sus colegas creado un tejido que imita estas fuerzas, al que llamaron piel de gecko. Una pieza del tamaño de una ficha puede soportar 700 libras sobre una superficie de vidrio y moverse sin dejar rastro.
Las plantas de jarra son carnívoras y se alimentan de insectos que se arrastran hasta el borde de sus hojas en forma de jarra. El borde es exquisitamente resbaladizohaciendo que la presa pierda el equilibrio y caiga en un charco de enzimas digestivas.
Los investigadores descubrieron que cuando la lluvia y el rocío se acumulan en la planta, protuberancias y crestas microscópicas atraen el agua formando una película que se adhiere a las patas de los insectos. Los insectos luchan por conseguir tracción y terminan nadando y cayendo.
En 2011, Joanna Aizenberg, ingeniera de Harvard, y sus colegas materiales creados con patrones de plantas de jarra en su superficie, y estos también resultaron ser resbaladizos. Una empresa cofundada por el Dr. Aizenberg vende revestimientos que evitan que los fluidos pegajosos obstruyan las tuberías y pinturas que repelen los percebes de los cascos de los barcos.
El camarón mantis tiene un par de extremidades extrañas llamadas mazas dáctilas que se parecen un poco a guantes de boxeo. Utiliza las mazas para asestar golpes asombrosos con una fuerza igual a la de una bala calibre .22, suficiente para abrir casquillos. Los científicos se han preguntado durante mucho tiempo por qué esos impactos no rompen la maza dáctilo.
A través de la evolución, el camarón mantis adquirió un exoesqueleto de asombrosa complejidad. Sus mazas dáctilas están compuestas de capas de fibras; algunos forman patrones en espiga, mientras que otros están hechos de haces en forma de sacacorchos. Estas capas desviar la energía de un puñetazo, evitando que se propague y cause daños.
En mayo, investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología reportado la creación de una versión artificial de estas capas amortiguadoras. Cuando se dispararon perlas microscópicas de sílice contra el material a 1.000 millas por hora, éste se abolló pero no se agrietó. Los investigadores prevén utilizar el material para fabricar escudos ligeros para naves espaciales, con el fin de protegerlas de pequeños meteoritos.
Los insectos ondulados son aproximadamente del tamaño de un grano de arroz. Flotan en la superficie de los arroyos extendiendo las piernas sobre el agua, pero también pueden moverse a una velocidad asombrosa, aproximadamente 120 longitudes corporales por segundo. A escala humana, eso se traduciría en 400 millas por hora.
El secreto está al final del par de patas del medio. Cuando un insecto ondulado los sumerge en el agua, la tensión superficial hace que las hojas rígidas de los extremos se abran en abanico en sólo 10 milisegundos y los ventiladores se convierten en remos. Al final de cada golpe, cuando el insecto levanta los remos del agua, los ventiladores se cierran de golpe.
En agosto, Víctor Ortega-Jiménez, biólogo de la Universidad de California, Berkeley, y su equipo anunciado que, siguiendo estos principios, había construido pequeños robots que caminan sobre el agua, hacen giros rápidos y frenan bruscamente. Y debido a que el agua fuerza a los ventiladores a abrirse y cerrarse, los Rhagabots (en honor a Rhagovelia, el nombre latino de los insectos ondulados) requieren poca energía de sus baterías a bordo.
Las paralizantes ráfagas de electricidad que emite una anguila eléctrica surgen de una manga de tejido que envuelve el cuerpo del animal. El tejido contiene miles de capas de células, que a su vez están intercaladas entre capas de líquido. Las células bombean átomos cargados al fluido, creando una bateria biologica.
Michael Mayer, biofísico de la Universidad de Friburgo en Suiza, y sus colegas están trabajando para imitar los órganos eléctricos de las anguilas eléctricas y otros peces. Una batería de inspiración biológica podría ofrecer grandes ventajas sobre las convencionales. Podrían ser fuentes de energía más seguras para implantes médicos, por ejemplo, porque funcionarían con compuestos orgánicos en lugar de químicos tóxicos.
El equipo ha construido lentes de contacto con forma prototipos de geles suaves y flexibles. El Dr. Mayer espera algún día implantar en las baterías las mismas proteínas que utilizan las anguilas eléctricas para mover átomos cargados.
«Construir todo esto para que realmente haga lo mismo que en los peces está ahora fuera de nuestro alcance», dijo el Dr. Mayer. «Creo que esto queda en un futuro lejano, pero el proyecto ya ha llegado mucho más lejos de lo que pensé».
