Robots inspirados en la naturaleza

Muy Interesante.- ¿Cómo es posible que ciertos peces desaparezcan de la vista de un depredador en mar abierto? La cuestión fue un auténtico misterio hasta noviembre de 2015, cuando un equipo de investigadores estadounidenses encontró la respuesta: su piel refleja la luz polarizada, algo que, por otra parte, suele darse en muchos organismos marinos. Los expertos ya sabían que más del 60 % de las especies de estos animales pueden detectar variaciones en este tipo de radiación; la novedad es que algunas hacen uso de este fenómeno para ocultarse.

Según Molly Cummings, profesora de Biología de la Universidad de Texas, en Austin, y coautora del hallazgo, “si fuésemos capaces de identificar cómo lo hacen, podríamos mejorar nuestra tecnología de camuflaje”. No es de extrañar que la Marina de Estados Unidos haya financiado esta investigación: durante años, sus responsables han buscado la forma de que los satélites espía no detecten sus barcos.

En un trabajo anterior publicado en 2013, estos expertos ya habían encontrado que los peces jorobados, Selene vomer, conocidos por su habilidad para enmascararse, podían manipular la polarización de la luz en su propio beneficio. Ahora, han analizado tal capacidad y la de otra especie que vive en mar abierto, Selar crumenophthalmus, y, tras estudiar más de 1.500 casos, han averiguado que aprovechan las propiedades de la reflexión de la luz mejor incluso que un espejo. Si los ingenieros lograran emularlos, nos encontraríamos ante un ejemplo de biomimética, esto es, el desarrollo de una tecnología inspirada en la naturaleza, algo que los humanos hacemos desde hace siglos.

Una planta inspiró el diseño del velcro
El primer superéxito de la biomimética se dio en 1941, cuando el ingeniero suizo George de Mestral se planteó responder a una pregunta que le intrigaba: ¿por qué las semillas de la planta Arctium minus, el lampazo, se agarran a la ropa?

Con su microscopio encontró que se debía a unos ganchos que recubrían su superficie. De Mestral decidió diseñar un sistema que copiase este mecanismo, y así nació el velcro, cuyo nombre deriva de los términos franceses velours –terciopelo– y crochet –gancho–.

Los reinos animal y vegetal no han echado mano de los metales
La biomimesis nos adentra en una nueva forma de enfocar nuestra tecnología, que históricamente ha sido muy distinta de lo que podemos encontrar en la naturaleza. “Basta mirar a nuestro alrededor. Tenemos ángulos rectos por doquier. Pero si observamos un campo, un parque o un bosque, ¿dónde están? ¿No los hay? Sí, pero son raros”, escribe el biólogo Steven Vogel en su libro Ancas y palancas. Así, nuestras construcciones son estructuras secas y rígidas, mientras que la naturaleza las prefiere húmedas y flexibles; dependemos fuertemente de los metales, aunque la naturaleza jamás los ha necesitado; para desplazarnos usamos la rueda, pero la naturaleza nunca ha hecho uso de ella…

Un molusco posee la clave de un avanzado sistema de defensa
Uno de los campos de investigación más interesados en la biomimética es el de la defensa. Ahí tenemos, por ejemplo, el caso de los quitones, unos moluscos que podrían revolucionar los sistemas de protección frente a los ataques de artillería. La parte superior del cuerpo de estos animales está recubierta por ocho placas calcáreas articuladas, dispuestas como las tejas de un tejado. Cuando se sienten amenazados, se enroscan y forman una especie de coraza natural.

Sin embargo, lo que más ha llamado la atención a los científicos es que los quitones son capaces de ver incluso cuando adoptan esta postura defensiva. Esto lo consiguen porque sus diminutos ojos se encuentran incrustados dentro de la propia concha protectora. A diferencia de lo que ocurre con los demás animales, sus órganos visuales no están compuestos por proteínas, sino por aragonito, el mismo mineral que integra su armadura.

Los ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y de la Universidad de Harvard que estudian este peculiar sistema óptico están convencidos de que pronto podrán diseñarse materiales bioinspirados que proporcionen protección física sin que por ello entorpezca la visión, un avance muy útil tanto para los militares como para los operarios que trabajen en entornos peligrosos.

Picos y calaveras más resistentes que cualquier herramienta humana
Esta estratagema tiene importantes aplicaciones. Ya existen colectores de niebla y sistemas de captura de agua basados en ella en más de una veintena de países africanos, sobre todo en zonas áridas. Aun así, resulta muy difícil competir con la finura tecnológica de la naturaleza, algo que no dejan de demostrarnos los molestos mosquitos: no hay aguja hipodérmica que iguale al aparato chupador de la hembra de estos dípteros, que incorpora en un mismo instrumento una bomba de succión, elementos cortantes, taladradores, inoculadores de anestesia y anticoagulantes.

Un equipo de investigadores de la Universidad de California, en Berkeley, ha analizado cómo el pájaro carpintero cheje, Melanerpes aurifrons, amortigua el golpeteo incesante en su cráneo. Gracias a su detallado estudio, estos científicos lograron concebir un sistema de amortiguación para microdispositivos que es capaz de soportar hasta 60.000 g. Sus desarrolladores creen que este avance permitirá que las cajas negras de los aviones, por ejemplo, resistan mejor los impactos si se produce un accidente. Pero es que, de momento, la cabeza de estas aves ya ha servido para diseñar diversos sistemas de protección. Es el caso de algunos cascos para ciclistas, jugadores de fútbol americano o montañeros.

Aerogeneradores ultraeficientes a partir de la piel de los tiburones
Yvonne Wilke, Volkmar Stenzel y Manfred Peschka, del Instituto Fraunhofer de Tecnología de Fabricación e Investigación de Materiales Aplicados, en Bremen (Alemania), han desarrollado una pintura basada en la textura de los dentículos dérmicos –estos sustituyen la función de las escamas– que recubren el cuerpo de estos escualos.

Esta consigue que las aspas de los aerogeneradores sean más eficientes, pues ofrecen menos resistencia al viento. Los investigadores piensan que ese compuesto también podría aplicarse a los aviones para ahorrar combustible. Del mismo modo, los responsables de la compañía estadounidense SkinzWraps aseguran haber obtenido una pintura para coches que conlleva un ahorro de gasolina de hasta el 20 %. Para ello, según indican, también se habrían basado en la piel del tiburón.

Nueva estrategia para combatir las bacterias resistentes
Las primeras pruebas mostraron que en una superficie diseñada a imagen y semejanza de la piel del tiburón se fijaban hasta un 85 % menos de algas que en una lisa. A continuación, Brennan realizó otros ensayos en un hospital de California: durante tres semanas, algunos microorganismos potencialmente dañinos, como las bacterias Escherichia coli y Staphylococcus aureus, fueron incapaces de establecer colonias suficientemente grandes como para que pudieran ser peligrosas para los seres humanos en las zonas que había tratado. ¿Acaso nos encontramos ante una nueva forma de combatir infecciones?

Las construcciones biónicas son más respetuosas con el entorno
Los arquitectos también han buscado inspiración en los seres vivos para mejorar sus proyectos. En este sentido, se suele citar el centro comercial Eastgate, en Harare, la capital de Zimbabue, diseñado por Mick Pearce. Este fue inaugurado en 1996 y cuenta con un ingenioso sistema de refrigeración que se basa en la forma en que las termitas construyen sus nidos. Y el rascacielos Swiss Re de Londres, conocido popularmente como el pepinillo por su característica forma, posee asimismo un mecanismo de ventilación que emula la anatomía de las esponjas marinas y las anémonas.

Un tercer ejemplo es la casa de algas en Hamburgo: se trata del primer ejemplo mundial de edificio equipado con fachadas biorreactivas. Estas estructuras, que lo revisten prácticamente por completo, están compuestas por un conjunto de paneles de vidrio donde se cultivan algas microscópicas, que aportan calor al interior de la construcción y aíslan a los residentes del ruido exterior.

La pose de una mariposa da alas a los paneles solares
Al otro lado del Atlántico, un grupo de científicos, esta vez de la Universidad de Exeter, ha examinado la postura, parecida a una V, que adopta la mariposa Pieris rapae para calentar los músculos implicados en el vuelo antes de despegar. Pues bien, este modelo ha permitido construir paneles solares casi un 50 % más potentes. Decenas de otros equipos de expertos en todo el mundo buscan soluciones similares a partir de la configuración anatómica de otros muchos insectos, lo cual da una idea de la importancia que esta cobrando la biomimética. De hecho, se estima que para 2025 este tipo de tecnologías moverá 300.000 millones de dólares solo en Estados Unidos.