24 de Noviembre de 2017
Mayo
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NGM Mayo: Biomimética

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Llegar a un paraje desértico para meter la pata de un lagarto en un plato con agua puede parecer absurdo, pero cuando a los 30 segundos el lagarto está empapado la curiosidad sustituye esa sensación de situación absurda.

Hablamos del Moloc (Moloch Horridus), lagarto único en el género gracias al que se espera poder desarrollar un dispositivo que permita extraer agua del desierto a partir su capacidad de conducir agua a través de su piel, bastándole un puñado de tierra húmeda para beber.

Ésto es un retazo de la Biomimética, disciplina consistente en usar los diseños de la naturaleza para resolver problemas de ingeniería, ciencia de los materiales, medicina y otros ámbitos de estudio.

Andrew Parker, biólogo evolutivo inglés e investigador del Museo de Historia Natural de Londres y de la Universidad de Sydney ha investigado ya la iridiscencia (fenómeno óptico en el que se se observan cambios en el tono de luz al variar el ángulo con el que se observa la superficie) en mariposas y escarabajos y el revestimiento antirreflectante de los ojos de las polillas para desarrollar pantallas más brillantes para teléfonos móviles y un sistema anti falsificaciones tan secreto que no puede desvelar para qué compañía ha sido desarrollado.

Pese a su sofisticación, muchos de éstos mecanismos naturales no están formados por materiales raros, si no de materiales simples como la queratina (que entre otros forma pelos o uñas) o el carbonato cálcico (del que están hechas las tizas).

Las orejas de mar fabrican su concha con carbonato cálcico, mismo material del que se compone la tiza. Al disponer del material en una estructura escalonados de "ladrillos" nanoscópicos mediante un juego de proteínas crean una coraza tan resistente como el kevlar (usado en chalecos antibalas).

El siguiente paso que Parker debe dar es comprender las nanoestructuras que determinan las propiedades del material vivo. Para ello, la piel de un ejemplar de Moloc será examinada con un microscopio electrónico de barrido. No parece haber nada interesante en las púas, pero hacia la mitad de ellas Parker obervó una serie de nódulos dispuestos en hileras que se reducían progresivamente hasta desembocar en una estructura más grande de recolección de agua. En la base de cada púa hay oquedades, similares a un panal de abejas, de 25 micras (25 millonésimas de metro, o 0.025 milímetros) de diámetro cada una. Según Parker, "son claramente superficies superhidrófugas para canalizar el agua entre las escamas". Una posterior exploración de la piel confirma esta teoría al encontrarse capilares diminutos entre las escamas cuya función es dirigir el agua hasta la boca del lagarto.

En el siguiente paso, entran en escena los ingenieros. Parker envió sus observaciones y resultados experimentales a Michael Rubner y Robert Cohen (del MIT), un ingeniero químico con el que ya ha trabajado en varios proyectos de biomimética. Rubner y Cohen consideran que la naturaleza es sólo un punto de partida para la innovación, "la estructura natural te ofrece una pista sobre lo que es útil en un mecanismo, pero quizá tú puedas hacerlo mejor". El estudio del moloc podría mejorar la tecnología que ellos mismos desarrollaron basándose en la microestructura del escarabajo del Namib, en la que trabajan actualmente para producir materiales absorbentes, pinturas a pruebas de graffitis y superficies autolimpiadoras.

Una de las aplicaciones más útiles e interesantes es el diseño de un robot de inspiración natural. Para ver uno en funcionamiento basta con ir a la Universidad de Stanford, donde Mark Cutkosky, ingeniero robótico, ha desarrollado un aparato trepador inspirado en los geckos, al que ha llamado Stickybot (robot pegajoso).

En realidad, las patas de los geckos no son pegajosas, sino secas y suaves al tacto. Deben su gran adherencia a los dos mil millones de filamentos con punta en forma de espátula que abarrotan cada centímetro cuadrado de las almohadillas de sus dedos. Los filamentos apenas tienen 100 nanómetros de grosor y son tan pequeños que actúan a nivel molecular con la superficie con la que entran en contacto, aprovechando la fuerza de Van Der Vaals (la fuerza de interacción entre moléculas más débil). Para moverse rapidamente, también es necesario que los pies se despeguen muy rapidamente y sin esfuerzo. Por ello, la adherencia de los geckos es direccional, sus dedos sólo se adhieren si son arrastrados hacia abajo, soltándose si la dirección del arrastre se invierte.

Para crear las almohadillas del Stickybot se frabicaron, con tela de uretano, cerdas diminutas terminadas en puntas de 30 micras que, aunque no son tan sensibles ni adherentes como la del gecko, sostienen al robot de 500 gramos en superficies verticales lisas, pudiendo moverse por ellas a 4 centímetros por segundo (una marca algo lejana del metro por segundo de su inspiración natural). Los dedos del robot están divididos en siete segmentos que se arrastran y se sueltan como los del reptil. Las patas y los pies se fabricaron con un proceso al que Curkosky llama manufactura por depósito de formas (SDM en inglés), que combina una serie de metales, polímeros y telas para crear la misma gradiación de rígido a flexible que está presente en las extremidades del reptil. Además el robot tiene una forma de caminar similar a la del gecko. Para distribuir el peso sobre toda la superficie de los dedos, los geckos tienen tendones ramificados, mejora que fue aplicada de inmediato al Stickybot en cuanto se supo de ella, mejorando la eficacia del robot. La Agencia de Proyectos Avanzados del Departamento de Defensa de los Estados Unidos (DARPA), que financia el proyecto, espera poder usar el robot para labores de vigilancia. Cutkosky contempla usos civile, como juguetes.

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Probablemente el único material de uso corriente que nos ha dejado la biomimética el el velcro, desrrollado en 1948 por el suizo George de Mestral al observar los cardos que se quedaban pegados a su pantalón y al pelo de su perro tras un paseo. Mestral vio que las púas terminaban en diminutos ganchos que se adherían al instante y se separaban de un tirón, de dónde sacó la inspiración. Se vio decepcionado cuando de primeras los diseñadores de moda rechazaron su invento, pero tubo aplicaciones más elevadas al usarse en los viajes espaciales y en la implantación de un corazón artificial.

 

Entre las aplicaciones que están siendo estudiadas podemos destacar:

  • La aplicación de forma de las aletas de yubartas, cuyos bordes ondulaos ayudan a generar fuerza en giros muy oblicuos. Se investiga si se puede generar más energía a menos velocidad que las aspas convencionales y con menos ruido.
  • Creación de pinturas que repelen el agua y las manchas a partir de la estructura de la hoja de loto, que posee microestructuras y nanoestructuras que por su ángulo de contacto con el agua hace que ésta forme gotas que limpia la superficie de la hoja a su paso.
  • Revestimientos para buques y desarrollo de prendas que reducen la resistencia al agua y mejoran la velocidad a partir de las escamas dentadas de los tiburones, a través de cuyos microsurcos circula el agua sin turbulencias, reduciendo la fricción. Además, impide que las algas y bellotas de mar se adhieran a ésta superficie.

 

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1 Comentario:

Es increible todo lo que

Es increible todo lo que los humanos podemos avanzar gracias a la naturaleza.

Con lo de el lagarto del principio me he quedado a cuadros, igual que con lo de las patas de los geckos O.O

Y esto: Creación de pinturas que repelen el agua y las manchas a partir de la estructura de la hoja de loto, que posee microestructuras y nanoestructuras que por su ángulo de contacto con el agua hace que ésta forme gotas que limpia la superficie de la hoja a su paso.

Me parece super interesante, yo siempre he pensado que sería algo tremendo.