Biomimética, mestre da natureza
2009/01/01 Etxebeste Aduriz, Egoitz - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
O que non serve non avanza. É a lei da natureza: os deseños sen éxito desaparecen ou se converten en fósiles. As plantas, animais, bacterias, etc. que sobreviviron a unha lei tan estrita son excelentes modelos de optimización. Por iso, de forma voluntaria ou involuntaria, sempre aplicamos o observado na natureza paira o noso aproveitamento. Con todo, nos últimos anos o valor desta fonte de inspiración está a quedarse cada vez máis claro, e paira moitos a consideración da natureza como un mestre está a converterse nunha forma sistemática de traballo.
A lección foi ben apresa por Eiji Nakatsu, enxeñeiro encargado dos ensaios dos trens de bala Shinkansen en Xapón. Os trens de Shinkans son os máis rápidos do mundo, non chegan a voar, pero debe moito ás aves.
Ser rápido non é un problema coa tecnoloxía actual, senón que o verdadeiro reto está en non ser demasiado ruidoso. Canto máis rápido é, máis ruidoso é o tren. Paira solucionar este problema, Nakatsu, tirando da súa afección polas aves, fixouse na habilidade dos bufos paira voar sen apenas soar.
Así, o equipo de Noker comezou a investigar esta capacidade de destrución e descubriron que un dos segredos do silencio estaba na estrutura dunhas plumas nas ás. Estas plumas teñen arestas aserradas, o que lles permite formar pequenos remolinos no aire. Estes pequenos remolinos rompen os remolinos máis grandes que producen o son e, por tanto, eliminan o son.
Tardaron catro anos en tentar aplicar este principio ao tren. Pero finalmente, en determinados puntos do tren (o pantógrafo), mediante a aplicación deste aserrado das plumas de bufo, conseguiuse o tren que cumpre os estándares sonoros máis esixentes do mundo.
Con todo, aínda tiña outro problema. Ao entrar a alta velocidade nos túneles xéranse ondas de presión que se fan cada vez máis grandes e que ao saír do túnel provocan una explosión sonora. Isto é debido a que ao entrar no túnel a resistencia do aire cambia bruscamente.
Tendo en conta a materia tomada anteriormente da natureza, Nakatsu púxose a pensar: "Hai seres vivos adaptados a cambios bruscos de resistencia? ". E ocorréuselle outra ave: o martín pescador. Paira capturar os peixes, o martín pescador debe pasar do aire de baixa resistencia á auga de alta resistencia. Nin salpicaduras!
A clave podería estar no esixente e aerodinámico pico do martín pescador. E tendo en conta isto, empezaron a facer probas. Pronto se deron conta de que a forma máis adecuada paira o extremo de Shinkansena era case idéntica ao pico do martín pescador. Deste xeito, o tren foi dotado cun pico de 15 metros, o que permitiu reducir a presión do aire nun 30% aumentando a velocidade nun 10% e o consumo de enerxía nun 15%.
Voadores expertos
As aves tamén interesan ao Exército do Aire de EEUU. E é que si as aves son mestres en algo, voan mestres, non teñen nada en común cos insectos e os morcegos. A diferenza dos nosos avións, as ás voan axitadas e teñen a capacidade de cambiar a posición e forma das ás. Grazas a iso, son capaces de resistir refachos de vento, choiva e neve sen caer ao chan.
Pois iso é o que pretende o Exército do Aire estadounidense: un pequeno avión non tripulado capaz de voar como paxaros e insectos. E paira iso destina máis dun millón de dólares ao ano. Con todo, non fixeron máis que empezar e queda un longo camiño por percorrer.
Con todo, o feito de que os grandes avións axiten as súas ás non é moi probable, pero sen ir tan lonxe, pódense facer avións máis eficientes atendendo ás aves. A Universidade Penn State de Pennsylvania, nun proxecto financiado pola NASA, deseñou ás que cambian de forma. De feito, os sorbellos, por exemplo, manteñen as ás ben estendidas paira voar durante moito tempo e gastando pouca enerxía, ou un pouco máis concentrados cando necesitan movementos máis rápidos e precisos.
Así, primeiro desenvolveron un esqueleto capaz de cambiar de forma. Pero a pel que cubriría este esqueleto tampouco podía ser ríxida. Paira solucionalo inspiráronse nos peixes. A cortiza está formada por láminas superpuestas, do mesmo xeito que as escamas dos peixes.
Aprender dos peixes
As escamas dos peixes tamén poden ser fonte de inspiración. As quenllas, por exemplo, teñen un deseño interesante; obsérvase de cerca que presentan estrías longitudinales. Grazas a estas escamas, o rozamiento da quenlla na auga baixa moito e ademais a pel mantense limpa, sen ecoparásitos --no mar é difícil.
Isto aplicouse, por exemplo, nos traxes dos nadadores de elite e nos dos cascos dos barcos. Cos novos recubrimientos que imitan a textura das escamas das quenllas conseguiron reducir nun 67% o número de seres vivos que se pegan nos cascos, deixando o casco completamente limpo a unha velocidade de 4-5 nós. Por tanto, nestes barcos non é necesario o uso de biocidas contaminantes.
E as quenllas foron precisamente os primeiros peixes que o grupo de Dieter Gurtler tocoulles. Gurtler, enxeñeiro da xigantesca empresa automobilística Daimler AG, viaxou xunto a outros dous membros a un museo de historia natural da zona de Sttutgart paira buscar novas ideas nos peixes paira desenvolver coches pequenos e eficientes. Pronto foron descartados as quenllas: a súa forma non é adecuada si quérese ter un gran espazo no interior.
O especialista do museo ensinoulles un peixe raro: o peixe caixa tropical ( Ostracion cubicus ). Era grosa e ancha, non moi elegante, e parecía torpe. Con todo, tras realizar simulacións en 3D, os investigadores descubriron que a forma do peixe caixa é moi efectiva paira moverse. Estes peixes non se moven rápido, pero detéñense e parten, e en zigzag non teñen nada en común.
O equipo de Gurtler continuou coa idea. Cando fixeron un modelo de yeso e probárono no túnel de vento quedaron fascinados: estaba moi preto do modelo máis perfecto de aerodinamicidad. Ao final desenvolveron o modelo dun coche novo a partir deste singular peixe: O biónico Mercedes-Benz.
E a aerodinamicidad non foi a única característica que lles interesou desde o peixe de caixa. Tamén foi descuberto polo esqueleto do peixe. As placas hexagonales forman un esqueleto moi lixeiro pero duro. Pasaron meses inventando como aplicar esta estrutura ao coche, pero finalmente aplicárona en paneis de portas e chasis. Estas partes reduciron o seu peso nun 30% e as probas demostraron que a nova estrutura era un 40% máis ríxida que o modelo estándar.
Moitos investigadores que recibiron este tipo de leccións da natureza chegaron á conclusión de que da observación da natureza pódense obter ideas que doutra maneira non se nos ocorrerían. Por iso, a biomimética cada vez ten máis seguidores. Ford desenvolveu un sistema de evitación de choques imitando o mecanismo de voo das otis en grandes grupos; a empresa Whalepower copiou as aletas de Xibart paira facer as aletas máis eficientes de muíños de vento e turbinas; a Universidade de Arizona está a investigar a aplicación da capacidade de xeración de enerxía das follas paira a fabricación de placas solares a nivel molecular; e os médicos xaponeses han fabricado agullas hicosas similares á probóspide do mosquito.
Tecnoloxía da natureza
Janine Benyus escribiu varios libros sobre este tema e é fundadora do Biomimicry Institute sen ánimo de lucro e da consultora Biomimicry Guild. Cre que os mecanismos desenvolvidos pola natureza poden ser moi útiles paira o ser humano, e iso é o que pretende demostrar a enxeñeiros e deseñadores.
Uno dos proxectos de Benyus é Nature's 100 Best Technologies (N100B). O obxectivo deste proxecto é identificar as 'tecnoloxías' da natureza que poden servir paira facer un planeta máis san e sustentable. Cada ano queren publicar un libro con cen ideas.
Entre as ideas que conforman a primeira lista atópase, por exemplo, o sistema de climatización de termitas. Na cidade de Harare de Zimbabwe existe un edificio construído con esta idea: Eastgate Building. O arquitecto Mick Pearce e os enxeñeiros de Arup Associates investigaron os edificios das termitas Macrotermes michaelseni. De feito, no interior destes edificios só adoitan presentar una diferenza de grao, aínda que a temperatura exterior varía entre 3 e 42 ºC.
A temperatura diaria tamén varía entre 10-40ºC. Con todo, o edificio Eastgate Building mantén una temperatura agradable durante todo o día sen utilizar aire acondicionado. Eastgate Building consome só o 10% da enerxía que usaría una construción normal á súa medida.
Outro exemplo son as superficies que se limpan. É una idea tomada da planta de loto ( Nelumbo sp ). A superficie das follas do loto é una das máis hidrófobas --repelente da auga-. Grazas á microestructura da superficie, as pingas de auga quedan en forma esférica, que ao escorregar na folla arrastran as partículas de po e sucidade. Isto é o que se coñece como efecto loto e xa se aplicaron diferentes aplicacións: pinturas, cubertas, tecidos...
O enxeño da natureza non ten límites. O pico do tucán combina con mestría a lixeireza e a forza, e as espiñas do ourizo son un marabilloso exemplo de economía estrutural e dureza. As luciérnagas crean una luz fría sen perda de enerxía e o escaravello Melanophila, que pon ovos na madeira recentemente asada, é capaz de detectar a radiación infravermella emitida polos incendios forestais a unha distancia de centos de quilómetros. 3.800 millóns de anos non se malpasan.
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
