Biomimesis: de la cabeza del pájaro carpintero a las cajas negras de los aviones

La naturaleza, gracias a millones de años de evolución, ha resuelto de forma brillante numerosos problemas “tecnológicos” asociados a la vida de animales y plantas. Con la biomimesis el ser humano saca partido de ello.

¿Sabías que el pájaro carpintero, cada vez que golpea el tronco de un árbol, somete su cabeza a una deceleración de 1 200 veces la de la gravedad? Con mucho menos un ser humano sufriría una conmoción cerebral mortal, pero a estos pájaros, que pueden llegar a golpear su cabeza contra un tronco hasta 12.000 veces al día a una velocidad de 18 a 22 veces por segundo, no les provoca ni un simple dolor de cabeza. Investigadores de la Universidad de California en Berkeley han analizado cómo amortigua el golpeteo incensante en su cráneo el pájaro carpintero de frente dorada (Aurifons Melanerpes). Encontraron que son cuatro los rasgos distintivos que ayudan a proteger sus cerebros: Sus picos son duros, pero elásticos; en la mayoría de las aves, los huesos del pico están unidos a los huesos del cráneo pero en el carpintero ambos se encuentran separados por una estructura intermedia de consistencia esponjosa que absorbe el choque; en tercer lugar hay muy poco líquido entre el cráneo y el cerebro, lo que impide las vibraciones; y finalmente poseen una estructura especial llamada la capa hiloide, que está unida a su lengua y cuya misión es distribuir uniformemente la carga de cada golpe y reducir así el efecto de la vibración.

Gracias a su detallado estudio de la cabeza del carpintero estos científicos pudieron diseñar un sistema de amortiguación de impactos capaz de ofrecer una protección eficaz contra los golpes sobre microdispositivos de hasta 60 000 g, lo que permitirá en un futuro que, por ejemplo, tengan una mayor posibilidad de supervivencia las cajas negras de los aviones tras un accidente. Hasta que eso suceda, la cabeza del pájaro carpintero ha servido para diseñar cascos para ciclistas, jugadores de fútbol americano, montañeros...

Nuevos materiales gracias al mejillón

Los científicos no dejan de buscar en los lugares más insospechados soluciones a nuestros problemas tecnológicos. Uno de ellos son las 'barbas' o biso del mejillón, responsables de mantenerlo sujeto a la roca mientras las olas baten con fuerza sobre él. El biso está construido en dos capas: el 95 por ciento de la capa interna está compuesta de un material suave, elástico, mientras que la capa exterior está hecha de colágeno mezclado con hierro. Ningún otro material en la Tierra exhibe este tipo de comportamiento, suave y elástico en el interior, y duro y flexible en el exterior. El desarrollo de un material que reproduzca las características del biso está aún lejano, pero es fácil ver cuáles pueden ser sus aplicaciones: desde chalecos antibalas a dispositivos para anclar implantes médicos en el cuerpo humano.

Curiosamente, uno de los animales superiores que más inspiran a los científicos es el tiburón. Por ejemplo su piel, una obra maestra de la evolución pues le permite ser perfectamente aerodinámico. Yvonne Wilke, Volkmar Stenzel y Manfred Peschka del Instituto Fraunhofer en Alemania han desarrollado una pintura basada en la textura de su piel para hacer que las aspas de los aerogeneradores sean más eficaces al ofrecer menos resistencia al viento. Del mismo modo los investigadores piensan que esa pintura también podría aplicarse a los aviones y ahorrar del orden de 4,5 millones de toneladas de combustible. Por su parte la compañía SkinzWraps se ha subido a este caballo ganador y dice haber obtenido una pintura para coches basada en la piel del tiburón que -dicen- conlleva un ahorro de hasta el 20% en gasolina. 

Por otro lado, Sharklet Technologies, una compañía fundada por el ingeniero de la universidad de Florida Tony Brennan, ha descubierto la manera de sacar provecho al modo en que la piel de tiburón mantiene a distancia a los parásitos y bacterias. Brennan se dio cuenta de algo muy curioso: los tiburones no se ensucian. La razón tiene que ver con la forma en que está construida su piel: pequeñas escamas planas en forma de V, llamados dentículos dérmicos. Estos dentículos, responsables de que el tiburón nade a gran velocidad y de forma silenciosa, también impide que se asienten microorganismos. La primera prueba realizada mostró que en una superficie diseñada a imagen y semejanza de la piel del tiburón se fijaban un 85% menos algas que en una superficie lisa.

Después del éxito Brennan realizó otras pruebas en un hospital de California: durante tres semanas microorganismos tan peligrosos como la E. coli o el Staphylococcus A fueron incapaces de establecer colonias suficientemente grandes en ella como para que pudieran ser peligrosas para los seres humanos. ¿Estamos ante una nueva forma de combatir infecciones? Sea como sea, lo que sí es cierto es que los diseñadores de trajes de baño olímpicos tomaron hace tiempo buena nota de las excelentes posibilidades de los dentículos del tiburón creando tejidos que los imitan exactamente, buscando mejorar la velocidad del nadador. Michael Phelps y sus seis medallas de oro en los Juegos Olímpicos de 2004 son buena prueba de ello.

Del tiburón peregrino a las turbinas

Por su parte el tiburón peregrino, el segundo pez más grande del mundo, ha servido de inspiración para mejorar la eficacia de las turbinas hidroeléctricas. Totalmente inofensivo para el ser humano, se alimenta de zooplancton y pequeños peces que obtiene mientras nada filtrando el agua mediante unas inmensas branquias a un ritmo de 2.000 toneladas e agua por hora. Este hecho llamó la atención del profesor de diseño del College for Creative Studies de Detroit Anthony Reale, que pensó quizá podría copiar el diseño de sus branquias para mejorar la eficacia de las turbinas hidroeléctricas: así nació Strait Power. Los resultados son prometedores. Tras 200 horas de ensayo en el laboratorio, la potencia de salida obtenida era un 40% mayor que las turbinas convencionales. Curiosamente, el valenciano Rafael Aparicio también ha ideado un nuevo modelo de turbina pero esta vez sin buscar inspiración bajo el agua, sino encima de ella: en la forma del pico del Phoenicopterus ruber, el flamenco rojo.

No solo los tecnólogos se inspiran en la naturaleza; los arquitectos también lo hacen. Un clásico es el Centro Eastgate en Harare, Zimbabwe, diseñado por el arquitecto Mick Pearce, que tiene un sistema de refrigeración pasiva basado en como lo hacen los termiteros. Por su parte, el edificio Gherkin de Londres tiene un sistema de ventilación del aire inspirado en las esponjas marinas y las anémonas y la "casa de algas" de Hamburgo es el primer ejemplo mundial de “fachadas biorreactivas”, compuestas por paneles de vidrio donde se cultivan algas microscópicas que aportan al interior del edificio calor y aislamiento del ruido exterior.

Nuevas tecnologías gracias a plantas carnívoras y mariposas

No solo los animales inspiran nuevas tecnologías; también las plantas, en este caso las carnívoras, han hecho lo propio. Científicos del Laboratorio de Aizenberg del Instituto Wyss de Ingeniería Inspirada Biológicamente de la Universidad de Harvard,estudiando las plantas del género Nepenthes, han diseñado un material líquido que han llamado SLIPS que aplicado sobe una superficie lo repele prácticamente todo: sangre, aceite, e incluso impide la formación de hielo. Las aplicaciones son infinitas: desde revestimientos de tuberías a las alas de los aviones. Mientras, investigadores de la Universidad de Cambridge están trabajando en el diseño de dinero infalsificable basado en las alas de las mariposas, en el MIT buscan la forma de crear chalecos antibalas más efectivos mirando al Crysomallon squamiferum, un molusco que vive en el campo de fuentes hidrotermales Kairei, frente a la India, y que posee uno de los caparazones más duros conocidos, e investigadores de la Universidad de Exeter han demostrado que si se copia la postura en forma de V que adopta la mariposa Pieris rapae para calentar sus músculos de vuelo antes de depegar, se puede incrementar la cantidad de potencia producida por los paneles solares en casi un 50%.

Referencias:

Benyus, J. M. (2002) Biomimicry: Innovation Inspired by Nature, Harper Perennial

Harman, J. (2014) The Shark's Paintbrush, White Cloud Press

Miguel Ángel Sabadell

Miguel Ángel Sabadell

Astrofísico y doctor en física teórica. Miembro del Comité Editorial de Muy Interesante, es autor de catorce libros, más de 300 artículos y creador de una treintena de proyectos de divulgación científica. Es colaborador habitual en prensa, radio y televisión, y consultor para exposiciones temporales y museos.

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