El arquitecto británico Michael Pawlyn piensa en la naturaleza como un "catálogo de productos", todo lo cual, explica en una charla de TED, "se ha beneficiado de un período de investigación y desarrollo de 3.800 millones de años".
"Dado ese nivel de inversión", continúa diciendo, "tiene sentido usarlo".
Si bien las nuevas tecnologías a veces pueden parecer extrañas, casi de otro mundo al principio, el futuro de la innovación en realidad implica que los investigadores comprendan mejor el mundo natural que nos rodea. Y los inventores se están dando cuenta, con una biomimética cada vez más amplia, o el proceso de diseño de productos para que funcionen como lo hacen los animales y las plantas después del ajuste de la evolución. Desde camarones mantis hasta saliva de abejas, los ingenieros no dejan piedra sin mover cuando se trata de inspiración.
Aquí hay cinco descubrimientos recientes en el mundo natural que algún día podrían conducir a nuevos inventos.
Los camarones mantis tienen una armadura súper resistente hecha de una microestructura resistente al impacto.
Los camarones mantis son pequeños demonios luchadores que no retroceden de una pelea, incluso con los de su propia especie. Sorprendentemente, dos camarones mantis pueden esquivarlo y permanecer indemnes después. Eso se debe a que los luchadores pequeños y resistentes están cubiertos con una armadura súper fuerte por la espalda. La armadura, llamada telsons, se ve y actúa como escudos, superpuestos a medida que caen en cascada por la cola del crustáceo.
Investigadores de la Universidad de California, Riverside, estudiaron la estructura y la mecánica de estos telsons y descubrieron que la clave de su resistencia parece ser el andamio en forma de espiral debajo de cada escudo. En un estudio reciente en la revista Advanced Functional Materials, los ingenieros y sus colegas explican que la estructura helicoidal evita el crecimiento de grietas y suaviza el impacto de un golpe fuerte. Se sabe que existe una arquitectura similarmente retorcida en la garra del camarón, utilizada para dar golpes a cualquier amenaza a su territorio. Los camarones han evolucionado claramente la armadura perfecta.
Algún día, podríamos ver este tipo de microestructura resistente al impacto, que los investigadores patentaron en 2016, en equipos deportivos, armaduras para la policía y el ejército, drones, palas de turbinas eólicas, materiales aeroespaciales, automóviles, vehículos militares, aviones, helicópteros, bicicletas y embarcaciones marinas. Básicamente, David Kisailus, profesor de ingeniería química y ambiental en la Universidad de California, Riverside, y autor del estudio, explica en un correo electrónico a la revista Smithsonian : "En cualquier lugar, el peso reducido es crítico, pero se requieren dureza y resistencia".
Kisailus cree que, en el corto plazo, el hallazgo tendrá el mayor impacto en los artículos deportivos, porque el tiempo para comercializar productos como cascos y espinilleras es más corto que en el caso de aviones comerciales. Los investigadores han hecho un prototipo de casco para uso en la construcción, así como para el fútbol. Pero, agrega Kisailus, "a largo plazo, creo que el impacto más grande y global será en el transporte, ya que el peso reducido con mayor fuerza reducirá el consumo de combustible y las emisiones".
Las semillas de diente de león revelan una forma recién descubierta de vuelo natural.
Una forma de vuelo que no se había visto antes se reveló en un estudio de dientes de león. (Cathal Cummins) La forma en que las semillas de diente de león flotan sin esfuerzo en el viento, atrapando la brillante luz del sol a medida que caen al suelo, tiene una cierta belleza simplista que sería difícil de superar. Pero, como descubrieron los investigadores el otoño pasado, el camino invisible que deja atrás su delicado paracaídas de cerdas es aún más maravilloso, y estudiarlo podría conducir a avances realmente geniales en el vuelo de aviones no tripulados y el monitoreo de la contaminación del aire.
Los investigadores sabían que el mecanismo que transportaba las semillas sin esfuerzo era su delicada corona de fibras de marfil, que se parecía a la escoba de un deshollinador. Simplemente no estaban seguros exactamente de cómo funcionaba esta pelusa en forma de paracaídas dado que el paquete de semillas de diente de león está compuesto principalmente de espacio vacío. Entonces, los científicos de la Universidad de Edimburgo crearon un túnel de viento para poner a prueba las semillas y, al hacerlo, descubrieron una "nueva clase de comportamiento de los fluidos", informa James Gorman para el New York Times . El aire fluye a través de los filamentos y deja un rastro de aire en remolino, o lo que se llama un anillo de vórtice separado. El anillo aumenta la resistencia de una semilla, creando un vuelo cuatro veces más eficiente que el de un paracaídas convencional.
Los investigadores, que explicaron el hallazgo en un estudio publicado en Nature, esperan que inspire a los ingenieros a inventar pequeños drones autopropulsados que requerirían poco o ningún consumo de energía para volar.
"Se podría usar un paquete de cerdas artificiales inspiradas en el diente de león para flotar en el aire, llevando algo como cámaras o sensores, en lugar de las semillas", dice Naomi Nakayama, bióloga de la Universidad de Edimburgo y autora del estudio, en Un correo electrónico al Smithsonian . "Al igual que el diente de león, podrían mantenerse a flote durante mucho tiempo, pudiendo controlar y registrar la calidad del aire, la dirección o la velocidad del viento, y tal vez algunas actividades humanas, sin que las personas se den cuenta de que están cerca porque son muy pequeños".
Los tiburones mako son rápidos debido a sus escamas flexibles.
Esta es una fotografía de escamas de tiburón mako de aleta corta, cada una de las cuales mide aproximadamente 0.2 milímetros de longitud. La fila delantera de escamas se ha erizado manualmente hasta su ángulo máximo de aproximadamente 50 grados. (Phil Motta en la Universidad del Sur de Florida) Los tiburones mako son terriblemente rápidos, por eso a veces se los llama guepardos del mar. Pueden alcanzar hasta 70 a 80 millas por hora. ¿Pero cómo se vuelven tan rápidos? La respuesta se encuentra con pequeñas escamas en su flanco y aletas. Pero exactamente cómo su piel resbaladiza ayuda a su velocidad es de especial interés para los ingenieros aeronáuticos, con fondos de Boeing y el Ejército de EE. UU., Que desean diseñar nuevo material para reducir la resistencia y aumentar la agilidad de los aviones, según un comunicado de prensa de la American Physical Society .
Las escamas flexibles en el flanco y las aletas de los tiburones mako tienen solo un quinto de milímetro de largo. Si acariciaras al tiburón como a un gato, de la cabeza a la cola ( Nota del editor: No recomendamos esto ), sus escamas se sentirían suaves. Pero si pasa la mano en la dirección opuesta, la piel se sentiría más como papel de lija, con las escamas dobladas hacia atrás hasta un ángulo máximo de 50 grados dependiendo de la ubicación del cuerpo, con las escamas más flexibles detrás de las branquias. Según el comunicado de prensa, la flexibilidad de la báscula mantiene el flujo avanzando cerca de la piel, evitando lo que se llama "separación de flujo".
La separación de flujo también es el enemigo número uno cuando se trata de aviones. El concepto se demuestra fácilmente sacando la mano de la ventanilla del automóvil con la palma de la mano hacia el viento. Su palma está bajo más presión que el dorso de su mano, por lo que su mano es empujada hacia atrás. Esto sucede porque el flujo de aire se separa alrededor de los lados de la mano creando la región de baja presión o se despierta detrás de la mano. Sin embargo, la separación de flujo todavía puede ocurrir en un cuerpo más aerodinámico como el tiburón. Ahí es donde entran las escamas: ayudan a controlar el flujo, reduciendo así la resistencia y permitiendo que el animal nade más rápido y con mayor maniobrabilidad.
"Especulamos que en algún momento podríamos diseñar una cinta que podría aplicarse estratégicamente en las superficies de los aviones, como las palas del rotor del helicóptero, las alas o ciertas ubicaciones en el fuselaje donde se está produciendo la separación del flujo y causando un aumento en el arrastre o una disminución en el rendimiento o maniobrabilidad ", dice Amy Lang, ingeniera aeronáutica de la Universidad de Alabama, quien presentó el trabajo en la reunión de marzo de la American Physical Society en Boston, en un correo electrónico al Smithsonian .
Lang recibió una patente en 2014 que, según ella, estaba "basada en los primeros conceptos que teníamos sobre cómo funciona la piel de tiburón y cómo podríamos aplicarla a una superficie diseñada". Ella y su equipo están haciendo modelos impresos en 3D de piel de tiburón mako y esperanza para obtener más resultados probándolos en túneles de viento y agua dentro del próximo año. "Esperamos en nuestras colaboraciones con la industria presentar una patente actualizada a medida que se desarrolla una superficie artificial para aplicaciones reales", agrega.
Las abejas combinan saliva y aceite de flores para hacer un adhesivo.
Las abejas vuelan de flor en flor recogiendo polen y almacenándolo en su cuerpo para llevarlo de regreso a la colmena. Pero, ¿qué pasa si una lluvia de lluvia sorpresa de verano interfiere? Nunca temas, las abejas tienen una solución para eso: una suspensión pegajosa de su saliva y aceites de flores que convierte el polen en gránulos resistentes al agua. La ciencia detrás de esta combinación pegajosa puede incluso inspirar pegamentos de alta tecnología que se adhieren cuando lo desea, pero también se liberan cuando es necesario.
"Queríamos saber, si el polen puede permanecer tan firmemente unido a las patas traseras de la abeja, cómo las abejas logran eliminarlo cuando regresan a la colmena", dijo Carson Meredith, ingeniero de Georgia Tech y autor principal de un estudio publicado en Nature Communications en marzo, en un comunicado de prensa.
Básicamente funciona así: la saliva de la abeja es un poco pegajosa para empezar debido al néctar que beben. La saliva cubre el polen cuando las abejas lo recogen. Luego, los aceites de las flores cubren la bola de polen con sal. Esta técnica de estratificación es la mezcla perfecta para repeler la humedad imprevista.
"Funciona de manera similar a una capa de aceite de cocina que cubre una piscina de jarabe", dijo Meredith en el comunicado. "El aceite separa el jarabe del aire y ralentiza considerablemente el secado".
La velocidad también es un factor clave, parece. Eso se reduce a lo que se llama una respuesta sensible a la velocidad, que significa "cuanto más rápida sea la fuerza que intenta eliminarla, más resistirá", según un comunicado de prensa. Entonces, cuando las abejas usan movimientos coordinados y lentos con sus patas traseras para eliminar las bolas de polen, se desprenden fácilmente. Pero si una gota de lluvia en caída libre choca con una de las bolas, se adhiere más intensamente.
Las aplicaciones para un adhesivo como este varían ampliamente. Meredith explica en un correo electrónico a la revista Smithsonian que un adhesivo bioinspirado prosperaría en áreas donde la fuerza no es la máxima prioridad, pero "donde la adhesión debe ser personalizable, ajustable, sensible a los estímulos o junto con otras propiedades como la comestibilidad, biocompatibilidad o resistencia a la humedad ".
Está trabajando con compañías médicas y cosméticas. (Si alguna vez te has encontrado quitando el maquillaje resistente y resistente al agua, entiendes la demanda de una solución). “En estos campos, a menudo se desea una adhesión que pueda mantener las superficies juntas bajo ciertas circunstancias, pero luego puede liberarse a pedido o cuando se supera una determinada condición (velocidad, fuerza, humedad) ", explica. "Esto incluye la capacidad de transferir pequeñas partículas de un lugar a otro, como al maquillarse o al administrar un medicamento a un determinado tejido del cuerpo".
Eso no es todo: esos gránulos de polen son naturalmente comestibles, por lo que también podrían usarse en alimentos, tal vez para "artículos decorativos en un pastel o postre, o partículas adheridas que contienen aditivos alimentarios para el sabor, nutrientes, conservantes, color, etc. ", Explica Meredith.
Los gatos son peluqueros expertos debido a las papilas huecas en sus lenguas.
(Elke Schroeder / EyeEm / Getty Images) Los gatos pasan una gran cantidad de tiempo lamiéndose. Resulta que su lengua ha evolucionado para lograr la máxima eficiencia de aseo, y en realidad podría ayudarnos a hacer mejores cepillos para el cabello, o incluso inspirar avances en robótica suave y nuevos tipos de tecnología de limpieza.
La lengua clásica de papel de lija de un gato está cubierta de púas anguladas llamadas papilas, que están hechas de queratina, o la misma materia dura de nuestras uñas. Esa es la parte de la lengua que los investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia estaban interesados en estudiar para descubrir exactamente cómo distribuye la humedad a través del pelaje de un gato tan fácilmente.
Resulta que las papilas no son realmente puntiagudas, o en forma de cono como lo postulan investigaciones anteriores. Más bien, como describen los ingenieros del Instituto de Tecnología de Georgia en un estudio en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias, tienen forma de cuchara con dos extremos huecos. El equipo descubrió que esta forma crea tensión superficial que bloquea las gotas de saliva hasta que es hora de una limpieza. Y esas lenguas pueden contener mucho líquido. Cuando el equipo puso a prueba las lenguas de gato, donadas post mortem, descubrieron que cada papila puede contener alrededor de 4.1 microlitros de agua, pero en la lengua es suficiente para distribuir aproximadamente un quinto de una taza de agua a través del pelaje del animal en un día, según National Geographic .
Las papilas también atacan un nudo desde cuatro direcciones diferentes, perfecto para desenredar eficientemente. Los investigadores incluso crearon un cepillo de aseo inspirado en la lengua (TIGR) utilizando modelos 3D de lenguas de gato. Solicitaron una patente para el cepillo, que podría usarse para aplicar medicamentos o distribuir champús y acondicionadores sin enjuague en la piel de las mascotas para reducir los alérgenos.
Y el equipo prevé otras aplicaciones. "La forma única de la columna vertebral podría implementarse en la robótica blanda para ayudar al agarre: estudios anteriores han demostrado que los microenganches se destacan en el agarre a superficies porosas y rígidas", dice Alexis Noel, ingeniero de investigación en el Instituto de Investigación Tecnológica de Georgia y autor del estudio., en un correo electrónico. Incluso puede haber una nueva forma de aplicar el rimel, agrega.
