Nuestra imitación del viviente
Desde hace mucho tiempo nos inspiramos del mundo vivo para aplicar sus conceptos en diversas disciplinas tales como en ciencia, en ingeniería, arquitectura, medicina, o en el arte. Se trata del biomimetismo. El biomimetismo proviene de las palabras griegas « bios » (vida) y « mimesis » (imitar). Fue inventado por Otto Schmitt, un ingeniero físico, en 1957. Este término define una forma creativa tecnológica que usa o imita la naturaleza con el fin de mejorar la vida humana.
A pesar de su apariencia futurista el biomimetismo es observado desde hace mucho tiempo en el seno de nuestra especie. Las hachas y los cuchillos son por ejemplo inspirados de dientes animales.
Leonardo da Vinci se inspiró también del biomimetismo en sus trabajos con su « máquina volante » inspirada del vuelo de los pájaros y de los murciélagos.
El ejemplo más conocido sigue siendo sin embargo él de la invención del Velcro en 1940 por el ingeniero suizo George de Mestral después de observación al microscopio de la fruta rebaba (Xanthium strumarium). En efecto, esta misma al pegarse fuertemente a los pelos de perros, nuestro pelo y nuestra ropa, los finos y pequeños corchetes de esas frutas de una longitud de 1 cm le permiten dispersarse mejor. George de Mestral se basó entonces sobre este sistema de enganche para desarrollar el Velcro que se conoce y que tiene hoy en día muy numerosas aplicaciones en nuestro cotidiano.
Otro biomimetismo más actual, el tren de alta velocidad en Japón. Estos trenes durante su paso en los túneles producían importantes efectos sonoros a causa del cambio de presión. Para paliar a este problema, los ingenieros observaron el Kingfisher, o martín-pescador. Este pájaro, acostumbrado al cambio de ambiente agua/aire a alta velocidad, se reveló ser un buen modelo de estudio. Los trenes japoneses fueron equipados entonces, a continuación, de una larga nariz. El nivel sonoro ha sido considerablemente reducido del mismo modo que hay una ganancia de energía, o sea 15% de electricidad y un aumento de la velocidad de 10%.
El gran desafío del biomimetismo no es solo minimizar la energía utilizada, sino también miniaturizar o agrandar un proceso observado en la naturaleza. Unas adaptaciones funcionales son igualmente necesarias con el fin de responder de manera óptima al medio-ambiente y a las exigencias dictadas por el ser humano.
Otro ejemplo significativo : el mundo de los insectos. Nos ha enseñado mucho y continua inspirándonos.
El algoritmo de las hormigas es él también un mecanismo bien conocido. Un estudio de su comportamiento para la búsqueda de comida desembocó en los sistemas de orientación GPS.
En la ciudad de Hara, en Zimbabwe, Mike Pearce, un arquitecto, construyó un inmueble basado sobre el modelo de los termiteros. Son insectos eusociales (viviendo en grupos con una jerarquía de castas) cuya colonia comporta alrededor de 2 millones de individuos sensibles al calor.
Con el fin de regular la temperatura de su nido, en las praderas africanas, las termitas construyen unas estructuras que alcanzan los 6 metros de altura con múltiples agujeros en el techo y en el subsuelo. Es gracias a este modelo de construcción que el edificio Eastgate Center fue concebido. Las ventilaciones del techo permiten la evacuación del calor, en cuanto a las del suelo permiten el paso del aire frío. Se obtiene entonces una temperatura exterior de 38°C, y una temperatura interior de alrededor 24°C de manera natural.
Los insectos no solo se utilizan en arquitectura. Se encuentran en robótica con los estudios de vuelo de los insectos y la concepción de micro-vehículos aéreos (MAV). Los MAV agrupan los robots o dronos del tamaño de insectos o pájaros. Su vuelo es autónomo y se adapta al medio-ambiente natural o artificial. Los insectos volantes producen maniobras complejas agrupando fuerzas aerodinámicas sofisticadas, precisión, agilidad al nivel de sus músculos y de la estructura en la nervadura de sus alas.
En este ámbito hay varias parámetros que estudiar : la mecánica de los músculos, la relación del cuerpo y de la ala, pero también, las reacciones neurobiológicas y sensoriales del insecto. Este ámbito de especialización agrupa varias disciplinas como la biología, la informática, la ingeniería y la aeronáutica. Los progresos actuales nos permiten tener unos robots MAV de 15 cm máximo y desplazándose a una velocidad de 36 km/h.
Vídeo ilustrando el vuelo en autonomía de los MAV.
Sin embargo un problema persiste : la duración de la autonomía del vuelo.
Para terminar, como ultimo ejemplo inspirado de los insectos, se ve el del escarabajo (Onymacris unguicularis) del desierto de Namibia que recopila el agua al colectar las micro-gotas de la niebla en su caparazón. Esas gotas de agua van a continuación a dirigirse hacia su cabeza para que este pueda beber. El MIT reprodujó esta estructura con cristal y plástico para colectar la ínfima cantidad de agua presente en los medio-ambientes áridos. Este dispositivo también permitió la construcción de sistemas de enfriamiento y de limpieza de vertidos tóxicos.
El biomimetismo es un ámbito de investigación importante destinado a transformar un material y adaptarlo a nuestras necesidades. Los materiales inspirados del biomimetismo no solo requieren una comprensión del sujeto. Sino también piden la modelización, una simulación gráfica y la fabricación de los materiales y de sistemas de aplicación de esta tecnología. Numerosos estados tales como Japón, Estados Unidos, países de Europa, y grandes firmas como Ford, HP, IMP y Nike invierten en ello cada vez más. De aquí a 2025 los análisis del sector previenen que el tamaño del mercado de los productos y servicios en biomimetismo alcanzarán los 1000 millardos de dolares.
Fuentes :
1.Casas, J., Steinmann, T. & Krijnen, G. Why do insects have such a high density of flow-sensing hairs? Insights from the hydromechanics of biomimetic MEMS sensors. Journal of The Royal Society Interface 7, 1487–1495 (2010).
2.Holbrook, C. T. et al. Social insects inspire human design. Biology Letters 6, 431–433 (2010).
3.Liu, H., Ravi, S., Kolomenskiy, D. & Tanaka, H. Biomechanics and biomimetics in insect-inspired flight systems. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 371, 20150390 (2016).
4.(PDF) A biomimetic study of natural attachment mechanisms: imaging cellulose and chitin part 2. ResearchGate https://www.researchgate.net/publication/286539558_A_biomimetic_study_of_natural_attachment_mechanisms_imaging_cellulose_and_chitin_part_2 doi:10.1186/s40638-015-0032-9.
5.A Review of Biomimetic Air Vehicle Research: 1984-2014 - Thomas A. Ward, M. Rezadad, Christopher J. Fearday, Rubentheren Viyapuri, 2015. https://journals.sagepub.com/doi/10.1260/1756-8293.7.3.375.
6.Biomimetic materials research: what can we really learn from nature’s structural materials? | Journal of The Royal Society Interface. https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsif.2007.0218.
7.Biomimetics: lessons from nature–an overview | Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsta.2009.0011.
9.https://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/biomimetics
10.https://www.nature.com/subjects/biomimetics
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