Biomimetismo, la naturaleza como fuente de inspiración

Con casi 4.000 millones de años de experiencia, la vida y los organismos del planeta son un excelente modelo a imitar en todos los aspectos de nuestra vida, incluido el arte y la tecnología. La biomímesis es precisamente eso, imitar modelos, sistemas, procesos y elementos de la naturaleza para resolver problemas humanos.

Desde que el mundo es mundo y el hombre es hombre la naturaleza ha sido una fuente inagotable de recursos y de inspiración. Ha sido un motivo de creación para pintores y compositores, se ha convertido en la protagonista de novelas y poemas, y ha servido como una base inicial en el campo del diseño y de la arquitectura. La naturaleza es lo que nos inspira. Pero su imitación no se limita únicamente al campo de las artes, o a copiar los colores de una planta o animal, va mucho más allá, pasando por el análisis de sus problemas y cómo se resuelven para extraer posibles soluciones los a nuestros propios.

 

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Cuando algo funciona de forma eficiente en la naturaleza tendemos a copiarlo por diversos motivos, pero sobre todo, por la eficacia, ya que no deja nada al azar. Todo en ella está calculado, todo pasa por algo y todo se aprovecha. La naturaleza está considerada como el sistema más sostenible que existe, que usa y recicla sus recursos de forma eficiente y continua, al contrario que nuestra forma de vida y nuestra tecnología, en la que desechamos o dañamos los recursos requeridos. Por lo tanto, para cambiar, debemos intentar reflejarnos en la naturaleza.

 

El futuro está al otro lado del espejo

En los últimos tiempos, el biomimetismo se ha convertido en una de las bases del diseño en campos tan dispares como la arquitectura, la mecánica, el textil o la climatización. En todos estos casos, la tecnología ha decidido crear un espejo de la naturaleza copiando soluciones para problemas fundamentales. Etimológicamente, la palabra biomimetismo significa imitación de la vida, y esta palabra se vincula con el diseño y la tecnología, con los nuevos materiales y con la innovación tecnológica.


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El biomimetismo trata de crear nuevos materiales a través de dos caminos fundamentales: el análisis de los tejidos y estructura interna de los diseños naturales biológicos, y el análisis del funcionamiento de las proteínas naturales complejas. Los defensores de la biomímesis añaden además otros parámetros, un proyecto de biomimetismo debe hacer mucho más que imitar el diseño y eficiencia de la naturaleza y debe seguir en todo momento criterios sobre medio ambiente y sostenibilidad.

 

Por tanto, el biomimetismo surge de la necesidad de crear nuevos sistemas, pero hay que resaltar que su adaptación a la tecnología no siempre va en la misma dirección, se trata de un puente entre la biología y la ingeniería que en ocasiones soluciona problemas y en otras sirve como fuente de inspiración para evitar los futuros. Es decir, a veces el diseñador ve un proceso en la naturaleza y lo conecta a una tecnología o problema ya existente, y en otras ocasiones se estudia un problema de diseño existente y se recurre a la naturaleza para buscar ayuda. En todo caso, el biomimetismo observa, analiza y estudia la naturaleza para dar solución a problemas humanos.

 

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La bióloga estadounidense Janine Benyus se ha convertido en la mayor abanderada del biomimetismo. Ha publicado diversos trabajo relacionados con esta materia, entre ellos Biomimicry: Innovation Inspired by nature, en el que presenta ejemplos de cómo el hombre puede orientar su tecnología para copiar los desarrollos de la naturaleza y generar una sociedad más sostenible. Tras años de investigación en el campo de la biomimética ha fundando una consultora, Biomimicry Guild que ayuda a particulares y empresas a crear formas de vida, procesos y productos sostenibles. Janine Benyus también es co-fundadora del Instituto de Biomimética y del programa Innovation for Conservation para preservar el hábitat de los organismos que inspiran las soluciones biomiméticas.

 

Según Benyus, es fundamental no confundir la biomímesis con la bio-utilización o la tecnología bio-asistinda: "La Biomímesis presenta una era basada no en lo que podemos extraer de los organismos y sus ecosistemas, sino en lo que podemos aprender de ellos. Este enfoque difiere enormemente de la bio-utilización, que supone cosechar un producto o productor como, por ejemplo, cortar madera para hacer pavimentos o recolectar plantas medicinales. La biomímesis también es diferente de las tecnologías bio-asistidas que implican la domesticación de un organismo para el cumplimiento de una función, como la purificación bacteriana del agua o la cría de vacas para obtener leche. En vez de todo eso, los expertos en biomimética consultan a los organismos, que les inspiran una idea, ya sea un esbozo físico, un paso en una reacción química o un principio ecosistémico, como el reciclaje de nutrientes".

 

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Los nuevos diseñadores biomiméticos

Así pues, existen decenas de ideas basadas en el biomimetismo, que en la actualidad ya es una corriente de investigación muy definida, y tanto investigadores de universidades y empresas como particulares preocupados por el medio ambiente se han lanzado a la carrera biomimética. Por ejemplo, Wes Jackson (The Land Institute) está estudiando las praderas como modelo para una agricultura a base de policultivos comestibles y perennes que mantendrían la tierra de manera sostenible, en vez de ponerla bajo presión. Y Thomas y Ana Moore, de la Universidad de Arizona, estudian cómo una hoja captura la energía, con la esperanza de conseguir una célula solar de tamaño molecular y lanzar su producto "pentad" a la luz, una hoja sensible a la luz que mimetiza un centro de reacción fotosintético, con una minúscula batería alimentada por el sol.

 

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En un sentido similar están las investigaciones de Jeffrey Brinker, quien ha ha mimetizado abulones para crear un vidrio transparente óptico y superresistente en un proceso de fabricación silencioso y a baja temperatura. También con los moluscos ha experimentado J. Herbert Waite, de la Universidad de California, Santa Bárbara, quien está estudiando el mejillón azul, cuya forma de agarre a las rocas se produce mediante una potente sustancia adhesiva que se seca y se pega debajo del agua. Waite quiere conseguir un pegamento subacuático que pueda funcionar de la misma manera.

 

En el campo de la medicina Peter Steinberg (Biosignal) está creando un compuesto antibacteriano que imita el mecanismo de la Delisea pulcrapor, un alga roja que evita que las bacterias se posen en su superficie al saturar sus señales comunicativas con un compuesto, y Bruce bruce Roser, del Instituto Cambridge Bioestability, que ha desarrollado un sistema de almacenamiento de vacunas a temperatura estable que elimina la necesidad de costosos sistemas de refrigeración. El sistema se basa en el proceso natural que permite a la planta Anastatica o Rosa de Jericó permanecer desecada, pero viva, durante años.

 

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Además también la informática ha sucumbido al biomimetismo. Daniel Morse (Universidad de California, Santa Bárbara) ha aprendido a mimetizar la producción de sílice de las diatomeas, lo cual podría abrir la posibilidad de obtener recursos para componentes electrónicos con bajo consumo energético y sin uso de tóxicos. Por otra parte, Jeremy Mabbitt (Codefarm) y muchas otras compañías están mimetizando las estrategias de selección natural como herramientas para optimizar software llamadas "algoritmos genéticos".

 

Y en un momento de crisis mundial, ¿qué mejor para salvar al mundo que aplicar parámetros de la naturaleza a la economía? Varios investigadores en ecología industrial están buscando modos de aplicar las lecciones de la naturaleza sobre economía, eficiencia, cooperación y reciclaje al mercado. En Chattanooga, Brownsville, Baltimore y Cape Charles se están construyendo polígonos industriales que funcionan en un ciclo cerrado, que emulan los patrones de ecosistemas maduros como los bosques de secuoyas.

 

¿Sabías que estos productos se basan en los principios biomiméticos?

Estamos equivocados si pensamos que el biomimetismo es una corriente actual, si bien es cierto que los avances tecnológicos han facilitado su desarrollo en los últimos años, desde hace cientos de años el hombre ante un problema se ha preguntado, ¿cómo lo resolvería la naturaleza? El planteamiento es tratar de imitar a la naturaleza porque funciona, como lo ha demostrado a lo largo de casi 4.500 millones de años. Sin embargo, es cierto que aunque estas afirmaciones parecen evidentes, el ser humano intenta la mayoría de las veces buscar soluciones complejas allá donde lo idóneo puede ser una solución sencilla.

 

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Ya en los años 40, George de Mestral realizó aplicaciones biomiméticas en uno de los inventos textiles más importantes del siglo pasado, el velcro. Mestral inventó en 1941 el velcro imitando la forma en que determinadas semillas se adherían al pelo del ganado. Su sistema consiste en dos tipos de cintas de poliamida (nylon 66), uno llamado gancho, cubierto por cientos de garfios delgados (aproximadamente 50 unidades por cm2), y otro llamado lazo, formado por cientos de rizos delgados (también aproximadamente 50 unidades por cm2).

 

Otra de las aplicaciones también conocidas de la biomimética es la que llevó al diseño de los trajes de baño de competición bajo la imitación de la piel de los tiburones. La piel de los escualos está cubierta por pequeñas escamas dentadas llamadas dentículos dérmicos, el agua corre sobre esa superficie reduciendo la fricción. La firma Speedo fue la pionera en la fabricación de esos trajes con los que los nadadores rompieron varios récords mundiales en los Campeonatos Mundiales de Natación del año 2009. Los dentículos dérmicos, además, hacen que sea difícil que los crustáceos y algas se adhieran a la piel del tiburón. Esa característica ha hecho que se estén haciendo recubrimientos sintéticos con esa estructura para aplicarlos a los cascos de las naves e impedir las incrustaciones que tanto dinero cuestan en mantenimiento de los barcos.

 

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En otro campo distinto, el industrial, en los años 80 se desarrollaron, basándose en principios biomiméticos, las superficies antisuciedad, cuyos principios se están haciendo muy conocidos en la actualidad en menage de la cocina y del hogar. La idea de crear estas superficies surgió del botánico Wilhelm Barthlott, de la Universidad de Bonn en Alemania, quien descubrió que la flor de loto tiene una superficie que se limpia a sí misma y es repelente al agua. Una situación similar sucede con las hojas del berro. El secreto consiste en que las hojas del loto o el berro tienen una superficie rugosa (granulada) sólo perceptible con el microscopio.

 

Esta textura le proporciona una elevada tensión superficial, haciendo que las gotas de agua adquieran forma esférica. Así las gotas no se depositan, al no encontrar ningún punto de apoyo sobre el material, y en su desplazamiento arrastran el polvo y la suciedad. Barthlott patentó su descubrimiento llamándole el "efecto loto". Se encontró aplicación comercial en productos como la pintura biomimética Lotusan, que tiene la reputación de ser repelente al agua y resistir manchas por décadas.

 

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Muchos de los avances biomiméticos de los últimos tiempos van ligados al ahorro energético. La tecnología DSC (Dye SolarCell Technology) se puede describir como la fotosíntesis artificial, usando como electrólito una capa de óxido de titanio (un pigmento usado en pinturas blancas, los protectores solares y en la pasta de dientes) y tinte de rutenio intercalados entre el vidrio. El contacto de la luz con el tinte excita los electrones que son absorbidos por el óxido de titanio para convertirse en una corriente eléctrica muchas veces más fuerte que la fotosíntesis natural de las plantas. Comparada con la tecnología convencional basada en el silicio, la tecnología de Dyesol tiene un coste mucho menor y consume menos energía en el proceso de fabricación, lo que lo hace más eficiente en condiciones de poca luz.

 

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Respecto a las nuevas tecnologías, los modernos LED incluyen espejos para reflejar la luz y micro orificios que dejan pasar la luz atrapada en el interior del dispositivo por difusión lateral. Las mariposas también disponen de esta adaptación, emitiendo luz verde-azulada empleando un pigmento. Esas increíbles estructuras reflejan la luz en función de la distinta longitud de onda. El mismo principio se aplica para crear visores de pantalla más brillantes, más legibles y con menor consumo de energía en los dispositivos electrónicos.

Espores

Redacción de Espores, la veu del Botànic

Revista de divulgación científica del Jardín Botánico de la Universidad de Valencia

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