Mudo Social – Noticias del Perú
Medio Ambiente

La soluciones basadas en la naturaleza ‘inspiran’ a la ingeniería

Desde la Antigüedad, la humanidad se ha inspirado en la naturaleza consciente de la belleza, armonía y perfección alcanzada por plantas y animales a lo largo de 3.800 millones de años de evolución. Este tiempo les ha permitido resolver problemas de todo tipo para adaptarse a los diferentes ecosistemas.

La pregunta que surgía era evidente: ¿por qué no aprovechar ese catálogo de soluciones desarrolladas a fuerza de ensayo error y selección natural en el Laboratorio Tierra? Es la meta de la biomímesis: diseñar e innovar siguiendo las estrategias de la naturaleza.

La biomimética representa un puente entre la biología (y la observación de la naturaleza) y la ingeniería, y encarna la esencia de la innovación al traducir los patrones y estrategias probados en el tiempo que se encuentran en la naturaleza en maravillas de la ingeniería moderna.

Son nuestros enemigos letales, los máximos depredadores de la humanidad. Al propagar enfermedades como el dengue, la malaria, el virus del Nilo, la fiebre amarilla, el zika, el chikungunya y la filariasis linfática, causan alrededor de un millón de muertes al año, más que cualquier otra criatura en el mundo. Y, sin embargo, en sus antenas quizás se esconda nuestra salvación. “Los mosquitos podrían inspirar nuevas formas de detectar desastres naturales como terremotos y tsunamis”, cuenta el ingeniero civil Pablo Zavattieri.

En los laboratorios de la Universidad de Purdue en Indiana, Estados Unidos, este investigador argentino se rodea de biólogos, químicos, físicos y otros ingenieros para estudiar toda clase de insectos y crustáceos y crear materiales más ligeros y resistentes para la construcción de edificios, puentes, medios de transporte e incluso futuras estaciones espaciales.

“La naturaleza ha tenido millones de años de prueba y error para desarrollar estructuras y métodos aparentemente contraintuitivos”, afirma este profesor -algo atípico e inquieto- que se licenció en ingeniería nuclear en Argentina, se doctoró en aeronáutica en Estados Unidos, trabajó en la industria automotriz durante nueve años y toca el contrabajo en diversas orquestas de jazz y tango. “Podemos aprender mucho de ella”.

En los insectos, los sistemas auditivos han evolucionado de forma independiente en todo su cuerpo para hacer frente a las limitaciones físicas impuestas por su pequeño tamaño. A diferencia de los organismos equipados con orejas con tímpanos, los mosquitos escuchan usando sus antenas, estructuras sensoriales ligeras capaces de detectar el sonido.

Lo que me llamó la atención es que, al volar, hacen mucho ruido con las alas, un helicóptero. Y, aun así, estos insectos logran distinguir sonidos específicos en un bosque donde hay mucho ruido ambiental. Pueden, por ejemplo, escuchar el croar de las ranas y localizarlas para picarlas y alimentarse de su sangre. O encontrar a las hembras de su especie para aparearse.

Me sorprendió cuando me lo contó la zoóloga panameña Ximena Bernal, con quien trabajamos en esta investigación y estudia estos mosquitos aquí, en Purdue, desde hace ya muchos años. Lo asombroso es que pueden escuchar a largas distancias y detectar con precisión señales acústicas específicas.

Nos enfocamos en dos especies: los machos de Aedes aegypti necesitan para el cortejo escuchar tonos de vuelo de baja potencia de las hembras. Las persiguen en enjambres escuchando sus aleteos. Mientras que las hembras de la especie Uranotaenia lowii rastrean llamadas distantes y de alta potencia de ranas para alimentarse. Escuchan sus llamadas de apareamiento. Nuestro conocimiento de estas estrategias es actualmente limitado.

Diseccionamos y estudiamos la intrincada geometría de las antenas de estos mosquitos utilizando microscopía y tomografía computarizada. También usamos una impresora 3D llamada Nanoscribe que produce materiales microscópicos.

Hasta donde sabemos, ningún estudio ha caracterizado exhaustivamente las propiedades mecánicas del sistema de antenas de estos insectos. Son detectores acústicos minúsculos, sensibles y especializados sintonizados con estímulos acústicos biológicamente relevantes.

Mediante el uso de modelos computacionales e impresión 3D a escala nanoscópica, descubrimos cómo, a pesar de carecer de oídos tradicionales, los mosquitos pueden navegar por el paisaje auditivo: las características arquitectónicas de sus antenas les permiten detectar sonidos específicos mientras mitigan la interferencia del ruido del golpeteo de sus alas, una fuente constante de estimulación acústica.

Los pelos sensoriales distribuidos en la superficie de las antenas desempeñan un papel clave en la sensibilidad auditiva. Funcionan como un violín. Se han adaptado para detectar la frecuencia específica de ciertos sonidos. Los resultados los publicamos en la revista Acta Biomaterialia.

Esta investigación proporciona una comprensión más profunda de las antenas de los mosquitos, uno de los oídos más complejos que se encuentran en los insectos. Pero también puede conducir al desarrollo de tecnologías de detección bioinspiradas, pieles inteligentes, materiales acústicos y sensores enfocados en la detección y atención de desastres naturales como terremotos o tsunamis.

Aún estamos en una etapa muy temprana de la investigación, pero estos conocimientos basados en la observación e investigación de la naturaleza podrían derivar en paneles de insonorización para edificios, auriculares con cancelación del ruido más potentes e incluso dispositivos de camuflaje acústico, que consisten básicamente en ‘ocultar’ objetos, evitando que las ondas sonoras choquen con él.

Ahora estamos tratando de conseguir financiación para seguir trabajando con mi colega Ximena Bernal. Quiero imprimir en 3D parches con muchas antenitas y tratar de ver cómo aplicamos lo que aprendimos de la naturaleza.

Este enfoque es conocido como biomimética y busca inspirarse en las estructuras de la naturaleza para crear tecnologías innovadoras. ¿Cómo lo ve la comunidad científica?

Cada vez hay más laboratorios de bioingenieros. En 2006, cuando estaba trabajando en el centro de investigación de General Motors, en Detroit, escuché hablar de bioinspiración o biomimética. Por entonces, había mucho escepticismo. Se mencionaban como ejemplos de éxito el velcro y el tren bala Shinkansen, inspirado en la manera en que se zambulle el pájaro martín pescador a alta velocidad en el agua. Pero no había mucho más.

Fue alrededor de esa época cuando empezamos a estudiar los abulones u ‘orejas de mar’, una familia de moluscos que tienen conchas exteriores muy resistentes. Su interior está recubierto por nácar, un material iridiscente muy resistente a pesar de su composición de más del 95 % de aragonito, un tipo de carbonato de calcio: está dispuesto en una estructura en miniatura similar a una pared de ladrillos que impide la propagación de grietas y hace que el material sea muy fuerte.

Se tendría que romper y no se rompe: se deforma si uno le pone agua y ayuda a mantener la integridad de la concha bajo cargas externas y así proteger al molusco. Los abulones son interesantes organismos de los que estamos aprendiendo a crear nuevos materiales estructurales, más resistentes, por ejemplo, a la actividad sísmica.

Related posts

¿Cuál es la diferencia entre una serpiente, una víbora y una culebra?

Andres Vanegas

Líder indígena de Ecuador pide en una audiencia con Carlos III salvar la Amazonía

Nacen en Ecuador decenas de tortugas laúd por primera vez en cuatro décadas

Maco

Leave a Comment