Aprender de la naturaleza a resolver problemas

Cuando el famoso tren bala japonés logró alcanzar velocidades cercanas a los 270 km/h, la compañía responsable enfrentó un grave problema: al ingresar en los numerosos túneles incluidos en su recorrido, el tren comprimía el aire de tal forma que al salir producía un gran estruendo (boom sónico) que se escuchaba 400 m a la redonda. Por suerte para la empresa -y para la comunidad- uno de sus ingenieros, Eiji Nakatsu, era ávido observador de pájaros y halló una solución inspirándose en el vuelo del martín pescador, en plumas de lechuza y en el abdomen de los pingüinos (ver “El estruendoso...”). Este -citado por la BBC- es uno de los muchos ejemplos de biomímesis o biomimética.

“Consiste en crear algo (desde tecnología a una nueva idea) tomando como base la forma en que la naturaleza resuelve los problemas”, explica Gabriel Pizá, ingeniero biomédico y doctor en Ciencias Biológicas. Y es a lo que se dedicaron mucho tiempo él y su colega Facundo Lucianna en el Departamento de Bioingeniería, dependiente de la Facultad de Ciencias Exactas de la UNT y del Instituto Superior de Investigaciones Biológicas (Conicet/UNT).

El desafío del diseño

La palabra fue popularizada por la escritora Janine Benyus en su libro “Biomímesis: innovación inspirada en la naturaleza” (1997). “Generalmente -afirma Benyus en el sitio web de su fundación- quienes diseñan lo que nos rodea nunca fueron a una clase de biología e ignoran la forma en que funciona la naturaleza. Muchos diseñadores miran lo que hacen otros diseñadores, pero con ello ven sólo tecnologías humanas”.

La biomímesis, en cambio, propone aprender de las formas y los procesos con los que la naturaleza soluciona problemas. “Esas soluciones pueden ser mecánicas, pero también biológicas o químicas -añade Gabriel-. Las de Nakatsu son mecánicas. Pero, por ejemplo, se han construido sensores de gases a partir del sistema olfatorio de los perros, que detectan olores que a los humanos nos pasan inadvertidos”.

En Tucumán

Gabriel y Facundo se dedicaron a estudiar las vibrisas, bigotes que tienen diversas especies como órganos táctiles, cual si fueran las yemas de los dedos, pero que en las ratas tienen una altísima sensibilidad. “Son mucho más sutiles -explica Gabriel-. Su sensibilidad es 100 veces mayor; un solo ‘bigotito’ puede estar conectado a más de 200 fibras nerviosas, lo que le da un poder de discriminación de estímulos enorme”.

Este par de colegas tucumanos se planteó desafíos complementarios, y estos los llevaron a ambos a laboratorios de España y de Inglaterra que se dedican a lo que se conoce como robótica sensorial. Gabriel diseñó y puso en práctica un estudio electrofisiológico que, por medio de sensores, aprendió a leer en el nervio de la rata qué estímulo estaba recibiendo. Y armó así un modelo matemático que explicara el funcionamiento del “bigotito”. Facundo, por su parte, construyó una vibrisa artificial que fue siendo progresivamente capaz de captar muchísimos estímulos de las más variadas superficies. Y cuando compararon resultados, constataron que sus métodos era muy semejantes. “El laboratorio inglés está entre los más importantes del mundo; y cuando recibió la propuesta, que era muy ambiciosa para el nivel de desarrollo en el que ellos estaban, la recibieron con los brazos abiertos”, cuenta Gabriel.

Ese camino que se abrió -lamentablemente con muchos baches ahora, por eso del desfinanciamiento de la investigación- es el que sigue Facundo, de la mano de la biomímesis. “Gaby” tomó el de la biomecánica y la rehabilitación... pero esa ya es otra historia.

> El estruendoso tren bala
Como los pájaros

Eji Nakatsu había observado que el martín pescador, pese a que se traslada a muy alta velocidad de un fluido poco resistente, el aire, a otro 800 veces más denso, el agua, apenas salpica. Sabía también que la clave estaba en la forma del pico, de modo que diseñó y probó prototipos del frente del tren y constató su hipótesis: el que hacía menor ruido era el más parecido al pico de un martín pescador.  Pero la trompa del tren no era el único causante del boom sónico. Dadas las altas velocidades que alcanza el tren, a través del soporte articulado que lo une a la red eléctrica, llamado pantógrafo articulado, el aire que pasaba generando remolinos también contribuían con el ruido. Nakatsu diseñó entonces uno nuevo inspirándose en las alas de lechuzas, conocidas por su vuelo silencioso gracias a que tienen bordes dentados que fragmentan el flujo del aire. Y “de paso”, rediseñó la base del pantógrafo basado en el abdomen liso del pingüino antártico adelaida, que se desliza con un mínimo de resistencia en el agua. El tren bala rediseñado por Nakatsu logró alcanzar los de 320 km/h sin superar el límite de 70 decibeles fijado para zonas residenciales.

El caso de Antonio Gaudí: arquitectura que se conoce como “orgánica”

Nació en 1852 y de niño sufrió una artritis que le impedía caminar; así, en lugar de jugar y correr, observaba la naturaleza, y aprendió cómo las arañas fabricaban puentes sobre los ríos, o que los caparazones de caracoles son una espiral que les da una estabilidad envidiable. Su agudeza visual le permitía imaginar formas tridimensionales tan fácil como hoy lo logra una computadora. Empezó a trabajar como dibujante para pagar sus estudios, pero ya tenía clara su idea de arquitectura: un arte integral basado en principios naturalistas. Concebía sus edificios de una forma global, atendiendo las cuestiones estructurales tanto como las funcionales y decorativas, e integraba en ellos toda una serie de trabajos artesanales que dominaba él mismo: cerámica, vidriería, forja de hierro, carpintería, etcétera. Cuando se le preguntó cuál era su tratado de arquitectura favorito, contestó, mirando por la ventana: “ese árbol que crece ahí fuera, ese es mi mejor libro de arquitectura”.

Piel de tiburón

Los tiburones tiene escamas pequeñas duras que parecen dientes, cuya estructura varía en función del lugar que ocupan y que apuntan hacia la cola del tiburón para reducir la fricción al nadar.

A partir de esta característica se han creado trajes de baño de competición, que reducen la fricción al máximo y, de ese modo, la energía necesaria para desplazarse. Pero eso no es todo: científicos de la NASA  replicaron también su textura y crearon un material que no sólo disminuye la resistencia (lo que en el caso de las máquinas ahorra combustible) sino que evita que las bacterias se adhieran a su superficie; lo que es muy útil en barcos o submarinos.

Como las termitas

El autor del Centro Eastgate en Harare, capital de Zimbabwe, el arquitecto Mick Pearce, se basó en el saber de las termitas. Para mantener la temperatura en sus nidos, estas realizan pequeñas aberturas en la base -donde el ambiente es más húmedo- que actúan como “atrapabrisas” y disminuye la temperatura del aire que circula por las galerías (proceso que se denomina refrigeración por evaporación). Siguiendo ese modelo, la ventilación del Centro Eastgate cuesta una décima parte de la de un edificio equipado con aire acondicionado estándar y consume un 35% menos de energía que seis edificios convencionales.