Biomimética

La biomímesis (de bio, "vida", y mimesis, "imitar"), también conocida como biomimética o biomimetismo, es la ciencia que estudia a la naturaleza, como fuente de inspiración de tecnologías innovadoras, para resolver aquellos problemas humanos que la naturaleza ha resuelto, a través de modelos de sistemas (mecánica) o procesos (química), o elementos que imitan o se inspiran en ella.

Biomímesis es el término más utilizado en literatura científica e ingeniería para hacer referencia al proceso de entender y aplicar a problemas humanos soluciones procedentes de la naturaleza, en forma de principios biológicos, de biomateriales de cualquier otra índole. La naturaleza, el universo, le lleva al ser humano millones de años de ventaja en cualquier campo; es por ello que es más ventajoso copiarla que intentar superarla, como es el caso del kevlar, semejante a biotejidos como la seda de araña. Otro ejemplo simple es la cabeza tractora de ciertos trenes de alta velocidad cuya forma aerodinámica se basa en la de la cabeza de ciertas especies de aves.

Actualmente, campos emergentes de la ciencia, como la nanotecnología y la ingeniería biomédica, están utilizando métodos de síntesis novedosos en el intento de imitar la síntesis de autoensamblaje con altos rendimientos que la naturaleza ha desarrollado durante millones de años.

Este método tiene como objetivo mejorar la calidad de vida de la humanidad. Además se basa en la sostenibilidad socioeconómica, mediante el fundamento de que la naturaleza es el único modelo que perdura por millones de años.

Otro fin importante es el compromiso ecológico que conlleva la biomímesis, de modo que la solución a los problemas ecológicos se encuentra en la optimización de la naturaleza; como por ejemplo el modo de filtrar el aire, limpiar el agua y nutrir el suelo. Esto implicaría que los sistemas sociales humanos y económicos, al imitar las soluciones dadas por la naturaleza, estén subordinados al entorno y no al contrario.

La naturaleza ha dado origen a lo largo de 3800 millones de años de evolución a estructuras de diseño óptimo que podemos imitar para propósitos humanos. La biomímesis estudia los modelos de la naturaleza e imita o se inspira en sus diseños y procesos para resolver los problemas humanos, consiste en aprender a diseñar tecnologías sostenibles adaptando estructuras desarrolladas por la naturaleza. Es una nueva forma de ver y valorar la naturaleza, que introduce una visión basada en lo que podemos aprender del medio natural.

Como consecuencia de esta rama de la ciencia nacieron los denominados plásticos biodegradables. Los plásticos sintéticos, como el conocido polietileno, están formados por polímeros derivados de sustancias del petróleo y tardan unos 500 años en degradarse por lo que no son susceptibles de asimilarse de nuevo en la naturaleza. En un tiempo en el que el petróleo es un recurso no renovable y casi agotado, y en el que tenemos consciencia de que los productos de su utilización son nocivos para el medio ambiente, nace la idea de un nuevo tipo de plástico, un nuevo material basado en un nuevo fenómeno base que conforma el polímero del plástico y que es capaz de volver a la naturaleza a través de los procesos de biodegradación y compostaje sin emitir contaminantes.

Jorge Riechmann propone que la mejor vía para cumplir este propósito es cerrando los ciclos de materia, consumir en función de los ciclos naturales, minimizar el transporte y aumentar la autosuficiencia local, obtener la energía del sol en sus distintas manifestaciones, potenciar una alta interconexión biológica y humana, no producir compuestos tóxicos para el entorno (xenobióticos), acoplar nuestra velocidad a la de los sistemas naturales, actuar desde lo colectivo y acogerse al principio de precaución.

Para quienes estudian y buscan aplicar los modelos de la naturaleza al diseño, como los ingenieros, arquitectos y diseñadores industriales, pueden a partir de sus conocimientos y experiencia involucrarse en alguno de tres niveles de aproximación:

Primer nivel

Abstracción formal de la naturaleza y aplicar a envolventes, texturas, proporciones, entre otros. Con el propósito de ofrecer un ejemplo se cita lo siguiente: "Una línea de alfombras de la marca Interface, Interface Inc. emula el aparente carácter aleatorio de los colores y modelos del sotobosque. Aplicando patrones similares con fórmulas matemáticas, la línea de alfombras se adaptó idealmente al sistema modular ideado por la compañía. En lugar de crear colores uniformes y difíciles de reproducir incluso atendiendo al mismo sistema de fabricación y componentes, la línea Entropy acepta el carácter aleatorio de la naturaleza y lo integra en su diseño. Permite cambiar piezas con sencillez y evita el desecho de alfombras o moquetas con solo una porción dañada. Aparentemente sencillo y anodino, un diseño modular con numerosos colores en piezas capaces de recomponer otros diseños, manteniendo el estilo y espíritu del producto, continúa siendo un reto del diseño industrial en la actualidad". Consultado en Biomimética diez diseños que imitan a la naturaleza. http://faircompanies.com/news/view/biomimesis-10-disenos-que-imitan-la-naturaleza/

Segundo nivel

Análisis y funcionamiento de un ser vivo y aplicar a estructuras, mecanismos, tránsito de fluidos, conservación del calor, y más. Por ejemplo y de acuerdo a Srinivasan (1996) "los resultados de estudios de ciertas bioestructuras como estudios de aves, libélulas (Mecánica de Vuelo), madera, piel de tiburón, cutícula de los insectos (estructuras de materiales compuestos), moluscos (mecánica de la fractura), murciélagos, cóclea del oído interno (precisión detección de objetos y / o sonido), y arácnidos (cepa Detección)".

Tercer nivel

Estudio a nivel microcelular del funcionamiento de las partes que integran un ser vivo para generar aportaciones tecnológicas relevantes. Describe Vincent (2011) "Se estudian los agujeros de las células en madera de roble, que muestran un menor diámetro, las células del parénquima y las grandes traqueidas, Se concluyó que los agujeros son un recurso desatendido en ingeniería con una mala reputación debido a que no siempre sabemos cómo usarlos con ventaja. Si un agujero en una placa bajo tensión tiene un contorno angular, o está demasiado cerca de otro agujero, o es demasiado grande, una grieta puede comenzar desde lo que se puede propagar por todo el material (Atkins y Mai, 1985). La Biología demuestra una gama mucho más amplia de uso y diseño a partir de estos estudios y que puede ser incorporado en la tecnología". 

Investigadores en este campo aprenden e intentan emular a las termitas su habilidad para mantener virtualmente constante la temperatura y humedad de sus termiteros del África subsahariana, donde la temperatura exterior puede variar desde 3 °C hasta 42 °C (de 35 °F a 104 °F). El proyecto TERMES (Termite Emulation of Regulatory Mound Environments by Simulation) escaneó un termitero y creó una imagen 3-D de su estructura, la cual reveló mecanismos de construcción susceptibles de ser utilizados en el diseño de edificios humanos. De hecho, el Eastgate Centre de Harare, Zimbabue, es un complejo de oficinas que se mantiene frío sin aire acondicionado y solo utiliza el 10 % de la energía de un edificio convencional de su tamaño. El Biomimicry Institute hace un estudio completo de este edificio.

El modelado de ecolocalización de los murciélagos en la oscuridad ha llevado al diseño de un bastón para los discapacitados visuales. Investigación en la Universidad de Leeds, en el Reino Unido, produjo el UltraCane, un producto fabricado, comercializado y vendido por Sound Foresight Ltd.

Janine Benyus afirma, "El primer nivel es imitar la forma natural. Pero se puede acceder a un segundo nivel, que es cuando se imita el proceso natural. Y un tercero, copiando el funcionamiento de los ecosistemas". Se refiere en sus libros a las arañas las cuales crean hilos de seda tan fuerte como el Kevlar utilizado en chalecos antibalas. Los ingenieros podrían utilizar dicho material, si tuviera una longitud suficiente, en cuerdas de paracaídas, cables de puente colgante, ligamentos artificiales para la medicina, y muchos otros fines.

El británico David Oakey, defensor del llamado "diseño inteligente" y apasionado estudioso de la biomimética. Creó en el año 2000 una línea de alfombras modulares basadas en los principios de esta ciencia, incorpora cierta estética orgánica, con dibujos ligeramente asimétricos y suaves diferencias de color. Un sistema modular de estas características permite ahorrar material, dado que en caso de deterioro de la alfombra se repone el módulo o baldosas con problemas, sin necesidad de tocar el resto.

Un grupo de investigadores de la Universidad de Arizona, trabaja en desglosar el modo en que las hojas de los vegetales capturan energía solar. Su objetivo es crear un dispositivo del tamaño de una célula, sensible a la luz, que funcione como una batería solar inspirada en el mecanismo de la fotosíntesis.

Jeffey Brinker ha mimetizado unos moluscos (abulones) para crear un vidrio transparente óptico superresistente en un proceso de fabricación silencioso y a baja temperatura.

J. Herbert Waite está estudiando el mejillón azul, que se agarra a las rocas gracias a una sustancia adhesiva que puede hacer lo que la nuestra no puede; secarse y pegarse bajo el agua.

Andre Geim ha desarrollado una cinta adhesiva libre de pegamento, basada en la adherencia física, seca, de las plantas de las patas del geco, dotadas de pequeños filamentos que se adhieren a las superficies. Esto permitiría diseñar productos fácilmente desmontables sin contaminación con adhesivos.

Ma, P. X. (2008). « Biomimetic materials for tissue engineering.» Advanced Drug Delivery Reviews, 60(2), 184-198. http://doi.org/10.1016/j.addr.2007.08.041

Srinivasan, A. V. (1996). «Smart biological systems as models for engineered structures.» Materials Science and Engineering: C, 4(1), 19-26. http://doi.org/10.1016/0928-4931(95)00126-3

Vincent, J. F. V. (2011). « Unusual uses of holes--with input from biology.» Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 4(5), 682-7. http://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2010.10.002

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