Biomimética, mestre de la naturalesa
2009/01/01 Etxebeste Aduriz, Egoitz - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
El que no serveix no avança. És la llei de la naturalesa: els dissenys sense èxit desapareixen o es converteixen en fòssils. Les plantes, animals, bacteris, etc. que han sobreviscut a una llei tan estricta són excel·lents models d'optimització. Per això, de manera voluntària o involuntària, sempre hem aplicat l'observat en la naturalesa per al nostre aprofitament. No obstant això, en els últims anys el valor d'aquesta font d'inspiració s'està quedant cada vegada més clar, i per a molts la consideració de la naturalesa com un mestre s'està convertint en una forma sistemàtica de treball.
La lliçó ha estat ben apresa per Eiji Nakatsu, enginyer encarregat dels assajos dels trens de bala Shinkansen al Japó. Els trens de Shinkans són els més ràpids del món, no arriben a volar, però deu molt als ocells.
Ser ràpid no és un problema amb la tecnologia actual, sinó que el veritable repte està a no ser massa sorollós. Com més ràpid és, més sorollós és el tren. Per a solucionar aquest problema, Nakatsu, tirant de la seva afició pels ocells, es va fixar en l'habilitat dels mussols per a volar sense tot just sonar.
Així, l'equip de Noker va començar a investigar aquesta capacitat de destrucció i van descobrir que un dels secrets del silenci estava en l'estructura d'unes plomes en les ales. Aquestes plomes tenen arestes serrades, la qual cosa els permet formar petits remolins en l'aire. Aquests petits remolins trenquen els remolins més grans que produeixen el so i, per tant, eliminen el so.
Van trigar quatre anys a intentar aplicar aquest principi al tren. Però finalment, en determinats punts del tren (el pantògraf), mitjançant l'aplicació d'aquest serrat de les plomes de mussol, es va aconseguir el tren que compleix els estàndards sonors més exigents del món.
No obstant això, encara tenia un altre problema. En entrar a alta velocitat en els túnels es generen ones de pressió que es fan cada vegada més grans i que en sortir del túnel provoquen una explosió sonora. Això és pel fet que en entrar en el túnel la resistència de l'aire canvia bruscament.
Tenint en compte l'assignatura presa anteriorment de la naturalesa, Nakatsu es va posar a pensar: "Hi ha éssers vius adaptats a canvis bruscos de resistència? ". I se li va ocórrer un altre ocell: el blauet. Per a capturar els peixos, el blauet ha de passar de l'aire de baixa resistència a l'aigua d'alta resistència. Ni esquitxades!
La clau podria estar en l'exigent i aerodinàmic pic del blauet. I tenint en compte això, van començar a fer proves. Aviat es van adonar que la forma més adequada per a l'extrem de Shinkansena era gairebé idèntica al pic del blauet. D'aquesta manera, el tren va ser dotat amb un pic de 15 metres, la qual cosa va permetre reduir la pressió de l'aire en un 30% augmentant la velocitat en un 10% i el consum d'energia en un 15%.
Voladors experts
Els ocells també interessen a l'Exèrcit de l'Aire dels EUA. I és que si els ocells són mestres en alguna cosa, volen mestres, no tenen res en comú amb els insectes i les ratapinyades. A diferència dels nostres avions, les ales volen agitades i tenen la capacitat de canviar la posició i forma de les ales. Gràcies a això, són capaços de resistir ratxes de vent, pluja i neu sense caure a terra.
Perquè això és el que pretén l'Exèrcit de l'Aire estatunidenc: un petit avió no tripulat capaç de volar com a ocells i insectes. I per a això destina més d'un milió de dòlars a l'any. No obstant això, no han fet més que començar i queda un llarg camí per recórrer.
No obstant això, el fet que els grans avions agitin les seves ales no és molt probable, però sense anar tan lluny, es poden fer avions més eficients ateses els ocells. La Universitat Penn State de Pennsylvania, en un projecte finançat per la NASA, ha dissenyat ales que canvien de forma. De fet, els sorbellos, per exemple, mantenen les ales ben esteses per a volar durant molt de temps i gastant poca energia, o una mica més concentrats quan necessiten moviments més ràpids i precisos.
Així, primer van desenvolupar un esquelet capaç de canviar de forma. Però la pell que cobriria aquest esquelet tampoc podia ser rígida. Per a solucionar-ho s'han inspirat en els peixos. L'escorça està formada per làmines superposades, igual que les escates dels peixos.
Aprendre dels peixos
Les escates dels peixos també poden ser font d'inspiració. Els taurons, per exemple, tenen un disseny interessant; s'observa de prop que presenten estries longitudinals. Gràcies a aquestes escates, el fregament del tauró en l'aigua baixa molt i a més la pell es manté neta, sense ecoparásitos --en la mar és difícil.
Això s'ha aplicat, per exemple, en els vestits dels nedadors d'elit i en els dels cascos dels vaixells. Amb els nous recobriments que imiten la textura de les escates dels taurons han aconseguit reduir en un 67% el nombre d'éssers vius que es peguen en els cascos, deixant el casc completament net a una velocitat de 4-5 nusos. Per tant, en aquests vaixells no és necessari l'ús de biocides contaminants.
I els taurons van ser precisament els primers peixos que el grup de Dieter Gurtler els va tocar. Gurtler, enginyer de la gegantesca empresa automobilística Daimler AG, va viatjar al costat d'altres dos membres a un museu d'història natural de la zona de Sttutgart per a buscar noves idees en els peixos per a desenvolupar cotxes petits i eficients. Aviat van ser descartats els taurons: la seva forma no és adequada si es vol tenir un gran espai a l'interior.
L'especialista del museu els va ensenyar un peix estrany: el peix caixa tropical ( Ostracion cubicus ). Era gruixuda i ampla, no gaire elegant, i semblava maldestra. No obstant això, després de realitzar simulacions en 3D, els investigadors van descobrir que la forma del peix caixa és molt efectiva per a moure's. Aquests peixos no es mouen ràpid, però es detenen i parteixen, i en ziga-zaga no tenen res en comú.
L'equip de Gurtler va continuar amb la idea. Quan van fer un model de guix i el van provar en el túnel de vent van quedar fascinats: estava molt prop del model més perfecte d'aerodinamicidad. Al final van desenvolupar el model d'un cotxe nou a partir d'aquest singular peix: El biònic Mercedes-Benz.
I l'aerodinamicidad no va ser l'única característica que els va interessar des del peix de caixa. També va ser descobert per l'esquelet del peix. Les plaques hexagonals formen un esquelet molt lleuger però dur. Van passar mesos inventant com aplicar aquesta estructura al cotxe, però finalment la van aplicar en panells de portes i xassissos. Aquestes parts van reduir el seu pes en un 30% i les proves van demostrar que la nova estructura era un 40% més rígida que el model estàndard.
Molts investigadors que han rebut aquest tipus de lliçons de la naturalesa han arribat a la conclusió que de l'observació de la naturalesa es poden obtenir idees que d'una altra manera no se'ns ocorrerien. Per això, la biomimética cada vegada té més seguidors. Ford ha desenvolupat un sistema d'evitació de xocs imitant el mecanisme de vol de les otis en grans grups; l'empresa Whalepower ha copiat les aletes de Xibart per a fer les aletes més eficients de molins de vent i turbines; la Universitat d'Arizona està investigant l'aplicació de la capacitat de generació d'energia de les fulles per a la fabricació de plaques solars a nivell molecular; i els metges japonesos han fabricat agulles hicosas similars a la probóspide del mosquit.
Tecnologia de la naturalesa
Janine Benyus ha escrit diversos llibres sobre aquest tema i és fundadora del Biomimicry Institute sense ànim de lucre i de la consultora Biomimicry Guild. Creu que els mecanismes desenvolupats per la naturalesa poden ser molt útils per a l'ésser humà, i això és el que pretén demostrar a enginyers i dissenyadors.
Un dels projectes de Benyus és Nature's 100 Best Technologies (N100B). L'objectiu d'aquest projecte és identificar les 'tecnologies' de la naturalesa que poden servir per a fer un planeta més sa i sostenible. Cada any volen publicar un llibre amb cent idees.
Entre les idees que conformen la primera llista es troba, per exemple, el sistema de climatització de tèrmits. A la ciutat d'Harare de Zimbàbue existeix un edifici construït amb aquesta idea: Eastgate Building. L'arquitecte Mick Pearce i els enginyers d'Arup Associates van investigar els edificis dels tèrmits Macrotermes michaelseni. De fet, a l'interior d'aquests edificis només solen presentar una diferència de grau, encara que la temperatura exterior varia entre 3 i 42 °C.
La temperatura diària també varia entre 10-40 °C. No obstant això, l'edifici Eastgate Building manté una temperatura agradable durant tot el dia sense utilitzar aire condicionat. Eastgate Building consumeix només el 10% de l'energia que usaria una construcció normal a la seva mesura.
Un altre exemple són les superfícies que es netegen. És una idea presa de la planta de lotus ( Nelumbo sp ). La superfície de les fulles del lotus és una de les més hidròfobes --repel·lent de l'aigua-. Gràcies a la microestructura de la superfície, les gotes d'aigua queden en forma esfèrica, que en relliscar en la fulla arrosseguen les partícules de pols i brutícia. Això és el que es coneix com a efecte lotus i ja s'han aplicat diferents aplicacions: pintures, cobertes, teixits...
L'enginy de la naturalesa no té límits. El pic del tucà combina amb mestratge la lleugeresa i la força, i les espines de l'eriçó són un meravellós exemple d'economia estructural i duresa. Les cuques de llum creen una llum freda sense pèrdua d'energia i l'escarabat Melanophila, que pon en la fusta recentment rostida, és capaç de detectar la radiació infraroja emesa pels incendis forestals a una distància de centenars de quilòmetres. 3.800 milions d'anys no es malpasan.
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
