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viernes, 18 abril 2014
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La Razón

Ciencia

Biomimética: la ciencia extrae los secretos de la naturaleza para los grandes inventos

  • Diseños de aviones tomados del vuelo del cisne, edificios inteligentes que imitan la termorregulación de un cactus, un bañador basado en las escamas de los tiburones que reducen la fricción del agua... Los expertos afirman que el 80% de las soluciones que buscamos están en el mundo natural
     

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Biomimética: la ciencia extrae los secretos de la naturaleza para los grandes inventos
Biomimética: la ciencia extrae los secretos de la naturaleza para los grandes inventos

Los grandes genios de la humanidad ya hicieron referencia a la necesidad de fijarse en las soluciones propuestas por la naturaleza. De hecho, ésta ha sido la base de inspiración desde tiempos remotos. Y la denominada biomimética, no es otra cosa que la ciencia que imita las soluciones que la madre Tierra nos brinda como resultado de su evolución.
Janine Benyus, presidenta del Instituto de Biomimética y experta internacional, asegura que «el 80 por ciento de las soluciones que buscamos están en el mundo natural». Además, «son ideas que cumplen dos características fundamentales: son soluciones probadas y sostenibles porque han sobrevivido millones de años».

De cisnes a aviones
Los campos de aplicación de la biomimética son innumerables. Baste pensar que los diseñadores de los aviones tomaron en cuenta el vuelo del cisne, en concreto, la posición de su cuello estirado hacia adelante o que, los submarinos y los bañadores de los atletas de élite se han basado en las escamas de los tiburones para reducir la fricción con el agua.
Una de las grandes áreas de estudio y aplicación de la biomimética es la ciencia de materiales. Según Francisco del Monte, del Grupo de Materiales Bioinspirados del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid del CSIC, existen dos líneas de investigación. «La primera surge de imitar las condiciones de preparación de un material. ¿Cómo ocurre en la Naturaleza? ¿Cómo se organiza la estructura de un coral o un molusco? Sin embargo, también existe la posibilidad de que la preparación del material no se haya inspirado en la madre Tierra, pero la estructura final se asemeje a algo que está en ella», explica del Monte. «Por ejemplo –prosigue el experto– Eiffel construyó la Torre Eiffel con materiales densos (hierro) pero los organizó de tal manera que la estructura final fuese ligera, imitando, por ejemplo, la estructura de los huesos o de ciertos microesqueletos marinos como los radiolarios».
En el terreno de experimentación con materiales existen muchas apuestas. «Las empresas buscan, cada vez más, ideas sostenibles que se basan en el principio de la biomímesis», afirma Benyus. Entre las propuestas lanzadas al mercado, Benyus llama la atención sobre las denominadas «alfombras azulejo». Imitan la forma en que se construye el suelo de un bosque y están formadas por varias piezas basadas en un diseño o en la combinación de varios. «En caso de destrucción sólo se necesita cambiar una parte, reduciendo el impacto medioambiental», asegura Benyus. Además, no necesita pegamento para fijarse al suelo, sino que se mantiene sólo con la fuerza de la gravedad. «Esto reduce el empleo de tóxicos en un 95 por ciento», enfatiza la presidenta de Instituto de Biomimética.
En el caso de los catalizadores (sustancia que acelera una determinada reacción) empleados en la industria, se sustituyen metales pesados por biocatalizadores (compuestos por proteínas), que tienen menos impacto sobre el medio ambiente.
Por otro lado, en los grandes telescopios o en la energía termosolar, en donde, para concentrar la luz en distancias focales cortas es necesaria la utilización de espejos gruesos y pesados difíciles de manejar, «la alternativa ha sido construir una matriz de lentes más pequeñas imitando las que se pueden observar en los brazos de las ofiuras, organismos marinos semejantes a las estrellas de mar», explica del Monte.
En el ámbito de la arquitectura, un ejemplo paradigmático fue, el pasado año, la construcción del hotel Qatar Sprouts. Su tecnología biomimética se basa en la manera en que el cactus hace frente al clima árido y caliente del desierto. Para ello, cuenta con un conjunto de persianas inteligentes que se abren y cierran para mantener el interior en niveles de temperatura confortables.

Edificios inteligentes
En esta línea, la gran apuesta de Benyus es la construcción de un edificio que pueda adaptarse a las estaciones del año, al igual que lo hace un árbol. «Las plantas toman de fuera lo que necesitan (agua, luz solar) y se adaptan a las circunstancias externas». Asimismo, sus proyectos en India y China van encaminados a construir ciudades capaces de funcionar como un ecosistema en cuanto a concentración de carbono, recogida de agua y luz, o formación de suelo. «Trabajamos con planificadores de la ciudad para crear ciudades que sean capaces de autoabastecerse. En este caso, no sería necesario traer la energía de otra ciudad, sino que se conseguiría en el mismo lugar».
Aunque estos proyectos están en fase de investigación, lo que es ya una realidad son los inmuebles diseñados con capacidad para autolimpiarse. «Se basan en el efecto lotus; es decir, en la propiedad superhidrofóbica encontrada en las hojas de la planta de loto», puntualiza del Monte. Asimismo, podemos usar el fotocromismo (un efecto que permite a los camaleones cambiar de color según la luz) para aislar de las radiaciones solares el interior de un edificio. «Cuando incide la luz del sol las ventanas que poseen esta propiedad cambian de color. De esta manera, la radiación no entra dentro del edificio y se reduce el gasto en refigeración», explica el investigador del Instituto de Ciencia de Materiales.

Bioinspiradas
Otro campo de investigación es la computación bioinspirada, donde destacan la computación evolutiva y la neurocomputación. Estas técnicas de soft-computing permiten a los investigadores simular situaciones sin necesidad de llevarlas a la práctica. «El ordenador se convierte en un tubo de ensayo en el que se reproducen procesos a nivel lógico. Se simulan cromosomas, cualquier parte de un ser vivo y su evolución», asegura Rafael Lahoz-Beltra, profesor del departamento de Matemática Aplicada de la Facultad de Biología de la Universidad Complutense de Madrid. «Las redes neuronales resuelven problemas en términos computacionales. Se trata de neuronas artificiales (sistemas de ecuaciones) que modelan funciones matemáticas a partir de ejemplos de entrenamiento. Lo interesante es que el programador se limita a describir el problema, no especifica cómo se resuelve. En el caso de la computación evolutiva, se mantiene una población de soluciones que evolucionan hasta adaptarse al problema», añade Francisco J. Vico, profesor del Departamento de Lenguajes y Ciencias de la Computación de la Escuela de Ingeniería Informática de Málaga. Así, para diseñar un puente con las mejores propiedades Vico explica que el sistema «lo crea mezclando características como robusto o estable. Esto da lugar a una primera generación, que después se vuelve a combinar (segunda generación) y así sucesivamente. ¿Qué es un puente? ¿Y cuándo es mejor o peor? Se dice el qué y no el cómo. El resultado es una población de muchas soluciones posibles. A lo largo de generaciones las soluciones se benefician de unos principios u otros para adaptarse al problema sin salirse de lo establecido».
Lahoz-Beltra destaca su utilidad en las ciencias políticas, en las estrategias de comercialización o en el diseño de un producto. «Con la computación evolutiva los procesos que tardan millones de años se pueden acortar. No se sabe lo que se va a conseguir. Hasta ahora eran ecuaciones diferenciales en las que todo estaba gobernado. Con la computación evolutiva surgen soluciones que a un ser humano no se le habrían ocurrido. Tiene un componente altamente creativo», aclara.
Finalmente, el de la salud es otro de los campos en los que trabajan, y del Monte destaca los retos en biomedicina. «Por ejemplo, en el tratamiento de tumores, el objetivo es limitar el crecimiento descontrolado de células, mientras que cuando se daña la médula ósea es la situación opuesta, dado que lo difícil es promover dicho crecimiento y restablecer las conexiones neuronales. En la actualidad, muchos laboratorios intentan descubrir qué características del entorno hacen que las células crezcan o no para poder desarrollar nuevas y más efectivas terapias», concluye.

 

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