Innovación tecnológica inspirada en la naturaleza

Debora Lithgow

La naturaleza posee las respuestas a la mayoría de las preguntas que los científicos nos planteamos para desarrollar nuevos materiales, para explicar ciertos fenómenos y para explorar nuestro mundo y nuestro espacio. En este artículo te presentamos algunos diseños inspirados en la naturaleza.

Palabras clave: inspiración, naturaleza, tecnología

Todos sabemos de la importancia de la naturaleza para el bienestar humano. Algunos de los beneficios que obtenemos del funcionamiento de los ecosistemas son tan importantes como algunos alimentos, agua limpia, materiales de construcción o protección contra huracanes. Además, la naturaleza ha servido de inspiración para numerosos desarrollos tecnológicos que resuelven problemas. A continuación, te contamos sobre algunos que son sorprendentes.

Tren de alta velocidad Shinkansen

Este tren japonés era muy esperado por los habitantes y presumido por las autoridades. Sin embargo, pronto notaron que la nariz chata del tren lo hacía poco aerodinámico y cuando atravesaba un túnel causaba un estruendo terrible que despertaba de un brinco a los pobladores. A pesar de los inconvenientes, el proyecto no se podía cancelar pues eso traería graves consecuencias económicas. Afortunadamente, uno de los ingenieros tenía un pasatiempo muy divertido: observar aves. Un día, el ingeniero vio que un martín pescador se clavó en el agua para capturar a un pez. Lo más interesante fue que, a pesar de la gran velocidad en picada, cuando el martín entró al agua casi no salpicó. Después de un análisis cuidadoso, la nariz del tren fue rediseñada y ahora imita las proporciones del pico del martín pescador. Los nuevos trenes son mucho más silenciosos y rápidos.

Un pelo de oso

El oso polar (Ursus maritimus), habita en algunas zonas de Canadá, Estados Unidos, Groenlandia, Rusia y Noruega. Para protegerse de las bajas temperaturas, los osos cuentan con un pelaje muy diferente al de otros animales. En un microscopio puedes ver que cada pelo tiene un núcleo cilíndrico perforado a través de su centro. Estas características les permiten su notable capacidad de retención de calor, resistencia al agua y elasticidad, todas propiedades deseables para un aislante térmico. Por ejemplo, un grupo de ingenieros chinos fabricaron un aislante a base de tubos huecos de carbono y encontraron que, en comparación con otros, el diseño inspirado en el pelo de oso polar era más liviano y más resistente al flujo de calor. También, observaron que el aislante no es afectado por el agua, una característica útil tanto para mantener calientes a los osos mientras nadan, como para garantizar el rendimiento del aislamiento en condiciones húmedas. Como beneficio adicional, el nuevo material es extraordinariamente elástico.

Una piel muy especial

Las estructuras que están en el mar se deterioran por la salinidad y porque su superficie es colonizada por percebes, algas, entre otros organismos. A este proceso se le llama bio-incrustación y ocasiona pérdidas millonarias. Por ejemplo, las embarcaciones con bio-incrustación son menos hidrodinámicas y consumen más combustible para desplazarse. La solución había sido cubrirlos con pinturas altamente tóxicas pero éstas contaminan. Ahora se analiza una solución inspirada en la piel de los tiburones. Estos depredadores tienen pocos parásitos en la piel porque está recubierta por millones de escamas en forma de “V”, muy lisas en una dirección y muy ásperas en sentido contrario. Además, las escamas se sobreponen entre sí y se mueven por lo que la superficie a la que se pueden adherir los organismos es limitada y cambiante. Algunos científicos usaron estas características para crear superficies a las que se les pegan menos organismos, como embarcaciones con menos bio-incrustación e instrumental médico con menos bacterias.

Los erizos y la tecnología espacial

Los erizos de mar son una extraña fuente de inspiración para la tecnología, ya que lo único que hacen es estar sobre las rocas durante todo el día. Sin embargo, resultaron el modelo para el diseño de los vehículos que exploran Marte. El erizo rojo (Strongylocentrotus fragilis), es un erizo marino endémico del Océano Pacífico. Su alimento consiste prácticamente en algas, mismas que roe y rasca del suelo marino rocoso donde habita con cinco dientes en forma de gancho con puntas triangulares. Esta estructura, y sus hábitos alimenticios fueron el curriculum vitae que estaban buscando los investigadores de la Universidad de California-San Diego, que diseñaron el vehículo Rover para la exploración en Marte. Se trata de un dispositivo bioinspirado para recoger muestras de tierra de diferentes áreas, basta con ver algunos primeros planos de la boca de un erizo, para darse cuenta por qué inspiraron la exploración de otros planetas.

Pies de figura

Fig 1. (página de inicio) El pico del Martín pescador inspiró la nariz del tren de alta velocidad Shinkansen. Arriba tren (Dominio público), abajo a la izquierda: el pico de un martín pescador (Autor: Laitche, Dominio Público), abajo a la derecha: un martín pescador en picada (Autora: Ellen Chan, Dominio Público).

Fig. 2 El pelo de oso polar es fuente de inspiración para materiales de aislamiento. Arriba oso polar en su hábitat (Dominio público). Abajo izquierda: un pelo de oso visto en el microscopio (Fuente: http://www.habanaradio.cu/articulos). Abajo a la derecha: material inspirado en el pelo de oso visto en un microscopio de electrones (Fuente: Hui-Juan Zhan).

Fig. 3 La textura de la piel de tiburón nos podría ayudar a prevenir la bio-incrustación en barcos. Arriba: tiburón sin parásitos en la piel (Dominio público), abajo a la izquierda: piel de tiburón en el microscopio (Fuente: Pascal Deynat/Odontobase, CC BY-SA, 3.0) y abajo a la derecha: barco con bio-incrustación (Fuente: https://haveyoursay.agriculture.gov.au).

Fig. 4 Los erizos de mar están inspirando la tecnología espacial. Arriba equipo inspirado por los erizos (https://sites.google.com/a/eng.ucsd.edu/156b-2015-winter-team4/), abajo a la izquierda: boca de erizo y diseño inspirado (Fuente: http://jacobsschool.ucsd.edu/news), abajo a la derecha: erizo rojo (Dominio público).