Creatividad e innovación

Los mosquitos, aunque molestos, guardan un secreto que podría transformar la medicina moderna: su capacidad para perforar la piel sin causar casi ningún dolor .  Este fenómeno ha inspirado a científicos a desarrollar agujas , diseñadas siguiendo los principios de la biomímesis , la ciencia que aprende de la naturaleza. En este caso, los ingenieros observaron cómo los mosquitos insertan su probóscide - esa fina estructura con la que chupan sangre - sin que la víctima apenas lo note. Lejos de ser una simple aguja, la probóscide del mosquito es una microestructura compleja formada por varios filamentos flexibles . Algunos de sus secretos son: Bordes dentados y vibración : las piezas bucales se mueven con pequeñas vibraciones, reduciendo la fricción al entrar en la piel. Diámetro ultrafino : su grosor es muchísimo menor que el de una aguja hipodérmica convencional. Saliva anestésica y anticoagulante : el mosquito inyecta compuestos que adormecen la zona y facilitan la ex...

Una empresa norteamericana ha creado unas extrañas lentes que aborda la degeneración macular. El trastorno, que afecta a la mácula en el centro de la retina, genera manchas ciegas o distorsión en el campo visual central, dificultando actividades esenciales para cualquier tarea que requiera la visión clara, como la lectura, el reconocimiento facial o la conducción.  Más de 200 millones de personas en el mundo sufren este problema. No es poca cosa.  Las gafas están creadas inspirándose en los ojos compuestos de los insectos. En este caso, cámaras frontales en los dos lados de las gafas capturan lo que tienen delante y envían las imágenes a pantallas internas colocadas sobre una matriz de microlentes. Los microlentes proyectan más de 100 vistas distintas hacia la retina. Entonces las imágenes llegan a los nervios ópticos y el cerebro es capaz de fusionar todas ellas en una sola imagen tridimensional extremadamente nítida. Con esta tecnología es posible devolver la visión en áreas...

Las lagartijas poseen en sus colas unos planos de fractura que les permiten soltar la cola cuando son atacados. Y de esta manera, eventualmente, poder salvar sus vidas. Inspirándose en esta característica, un investigador valenciano ha ideado una estructura que tiene el potencial de prevenir derrumbes de edificios, salvaguardando de esta forma vidas humanas.    El sistema de construcción, denominado “aislamiento del derrumbe basado en jerarquías” provoca una fractura controlada a lo largo de unos bordes predeterminados en secciones concretas del edificio para evitar que el fallo inicial se propague a la totalidad del edificio y facilitar así el rescate de sus habitantes. El objetivo es, por tanto, conseguir edificios ultrarresistentes capaces de aguantar situaciones extremas causadas por desastres naturales – riadas, inundaciones, deslizamiento de laderas –, explosiones, etc., su propio envejecimiento, o un mantenimiento y conservación inadecuados.  Con la novedosa técnic...

Durante la Segunda Guerra Mundial, los aliados descubrieron que cuando las colonias de camarones pistola chasqueaban las pinzas podían interferir con la detección de submarinos mediante hidrófonos, la tecnología que se usaba para rastrear naves bajo el agua. Desde ese momento, la Marina estadounidense utilizó deliberadamente dichos crustáceos para camuflar los movimientos de los submarinos aliados en determinadas zonas del océano Pacífico y, de este modo, acercarse y atacar por sorpresa a los objetivos japoneses. El camarón pistola es un crustáceo de apenas 4 centímetros de longitud que vive principalmente en aguas poco profundas de los mares tropicales de todo el mundo. Su característica más impresionante es su enorme  pinza que funciona como una potente y que es la que le da su nombre. Cuando el camarón pistola identifica una presa, abre su tenaza grande y después la cierra en cuestión de microsegundos, con una fuerza monumental y a una velocidad que roza los 110 kilómetros por ...

Sin los pájaros, no existirían los aviones. Los submarinos se inspiran en los peces, incluida su vejiga natatoria. Los helicópteros tienen una apariencia las semillas voladoras.  Los pulpos inspiraron a las ventosas quirúrgicas. Muchos pegamentos plagian a las salamandras. Las agujas copian a los aguijones de las avispas. Las baterías se inspiran en anguilas eléctricas.   Y tenemos también el caso más relevante y poco citado de ingeniería inspirado en la naturaleza: el de las redes neuronales artificiales que sustentan los sistemas de inteligencia artificial.   Efectivamente, estas redes se inspiran en la estructura de nuestro cerebro. Su núcleo básico inspira a la neurona, con sus diversos inputs (imitación de las dentritas) y su procesamiento para generar un solo output (a imitación del axón).  Sin la madre naturaleza, las ideas hubieran escaseado.   

¿Sabías que las telarañas de las arañas negras (también conocidas como "viudas negras") son más resistentes que el acero? Para cazar a sus presas, estas arañas fingen caer de la telaraña y estar muertas. Luego enredan a sus víctimas con los hilos de seda ayudándose con sus patas traseras y les inyectan uno de los venenos más peligrosos que se conocen en el mundo animal, una substancia neurotóxica que bloquea la transmisión de impulsos nerviosos, paralizando el sistema nervioso central y produciendo dolores musculares intensos.   Pues bien, un grupo de científicos estadounidenses ha descubierto cómo consiguen estas arañas hacer que sus telarañas sean más resistentes que el acero e incluso que el Kevlar, el material que se utiliza para la confección de los chalecos antibalas. Se sabía que las sedas de estas arañas se hilan de nanoensamblajes jerárquicos de proteínas que almacenan en su abdomen pero ahora se ha descubierto el proceso de almacenamiento, transformación y transport...

Como sabrás si sigues este blog, la biomimética o biomimésis  es el proceso de observar, entender y aplicar soluciones procedentes de la naturaleza a los retos y desafíos humanos.  Un ejemplo notable lo encontramos en el llamado edificio Termita, ubicado en Zimbabwe. Su arquitecto, Mick Pierce, se inspiró en los termiteros africanos que sirven como colonias y hogares de estas hormigas y que regulan fantásticamente la temperatura y la humedad interior.  Dichos principios fueron aplicados a este impresionante edificio para lograr una elevada eficiencia energética a través de la regulación térmica.  El edificio regula a través de una serie de conductos, la entrada y salida de aire fresco y caliente para mantener una temperatura constante en su interior sin necesidad de calefacción o de refrigeración artificial.  De igual manera, cuenta con un sistema de recolección del agua de lluvia que posteriormente se utiliza en el riego de jardines y la generación de energía s...

Las cabezas de algunos de los huesos que tenemos, en particular en los más largos tales como el fémur, la tibia y el peroné, son zonas más anchas que ensamblan con las articulaciones (se llaman epífisis).  Esos extremos más anchos tienen un interior esponjoso , con un entramado trabecular, y una capa externa más gruesa donde está el hueso compacto. Esta configuración particular ha inspirado a un equipo de investigación valenciano al trasladar dicha geometría alveolar a unas vigas de plástico revolucionarias. Este particular sistema hace que las nuevas vigas tengan un bajo peso estructural y una capacidad mecánica altísima. En concreto, pesan un 80 % menos que las vigas de hormigón y metálicas. Las vigas están fabricadas con piezas de plástico reciclado en 3D, que se pueden ensamblar como si fueran módulos de Lego, y una capa de hormigón de altas prestaciones en la zona más comprimida. Al ser mucho más ligeras que las tradicionales no son necesarias grandes grúas ni camiones para t...

  El escarabajo acorazado, un insecto del tamaño de un grano de arroz, puede soportar fuerzas de aplastamiento equivalentes a 39.000 veces su peso   corporal (unas cuatro veces más de lo que los humanos más fuertes consiguen apretando el escarabajo entre el pulgar y el dedo índice).   Esta resistencia surge porque  las dos mitades de su cubierta exterior de las alas están conectadas como piezas de rompecabezas unidas . La forma bulbosa de los lóbulos entrelazados optimizan estas propiedades. Además, los soportes entre la cubierta del ala y el cuerpo están estructurados para   proteger los órganos vitales   en el medio del cuerpo durante el aplastamiento.   Conocer estas estrategias es clave para resolver problemas de fatiga en varios tipos de maquinaria. De hecho, u n gran desafío en ingeniería es el de unir diferentes materiales sin limitar su capacidad para soportar cargas .   En las turbinas de gas de los aviones, por ejemplo, los m...

Cuando el mar tiene mucho movimiento, puede ocurrir una discrepancia entre lo que la persona ve y lo que percibe a través del sentido del oído interno; esta es la causa de los mareos. Cuanto más suave sea el desplazamiento, las posibilidades de que una persona se maree serán menores. Para contrarrestar los efectos de estos movimientos a bordo, se desarrollaron una serie de sistemas denominados “estabilizadores”. Los estabilizadores están diseñados para reducir el movimiento oscilante del buque, y así hacer que el barco se mueva con mayor suavidad. Generalmente se utilizan en buques de pasaje como cruceros, para reducir la sensación de mareo y mejorar el bienestar a bordo. Los estabilizadores más comunes son del tipo “aleta”, y se hallan bajo la línea de flotación. Suele ser un mecanismo retráctil, lo cual permite controlar su utilización según las condiciones meteorológicas. Una vez en uso, los estabilizadores trabajan de forma automática para reducir los balanceos del buque, ...

El diseño de los animales y de las plantas que conocemos hoy, es sin duda una historia de éxito. Si no fueran verdaderamente buenos, no habrían llegado hasta aquí.  Por eso, cuando miramos a lo que es verdaderamente sostenible, el único modelo real que ha funcionado durante largos periodos de tiempo es el mundo natural. La naturaleza nos lleva una gran ventaja. Es verdad que ninguna otra especie tiene la inteligencia del "Homo sapiens", pero nuestra especie puso los pies en la Tierra hace únicamente 200.000 años. Mientras, la vida lleva 3.800 millones de años practicando, mediante el método del ensayo y error, la búsqueda de soluciones para adaptarse a los cambios.  Desafortunadamente, no podemos copiar a la naturaleza; estamos muy lejos de hacer las cosas como las hace ella. Solo podemos emularla.  Aquí está el campo de la biomímesis o biomimética (bio: vida; mimesis: emular). La Biomímesis estudia las estrategias de los organismos vivos - formas, proc...

Tarde o temprano, l os vehículos autónomos llegaran a las carreteras. L a norma común será sin duda los vehículos sin conductor.  Ahora bien, ¿cómo se fijarán las pautas de comportamiento para que los coches se desenvuelvan en el tráfico (preferencias de paso, velocidades, adelantamientos…)? Para responder a esta pregunta los científicos se han fijado en el vuelo de los pájaros.  Los pájaros se mueven por un simple conjunto de reglas que permiten que, a pesar de viajar en grandes bandadas, puedan llevar a cabo bruscos cambios de ritmo de forma instantánea y con total coordinación. Usan para ello tres reglas principales: volar cerca de sus vecinos, no chocar con ningún miembro de la bandada y copiar la dirección y velocidad de los pájaros más próximos.  Al parecer, esas deberían ser las mismas reglas que definan el comportamiento de los coches autónomos. Aunque después pueden haber otras adicionales. El comportamiento automático de los pájaros también pued...

El suministro de agua es un tema de importancia crítica, especialmente para las personas que viven en las partes más áridas del mundo.  Las tecnologías de inspiración biológica pueden ayudar a enfrentar el desafío de proporcionar agua limpia de la manera más eficiente posible.  Un nuevo método para recoger agua del medio ambiente en el desierto se ha inspirado en plantas e insectos adaptados a vivir en estas condiciones extremas, con acceso limitado al líquido elemento. Así por ejemplo, e l cactus, el escarabajo y las hierbas del desierto obtienen agua condensada de la niebla nocturna recogiendo gotitas del aire y filtrándolas a las raíces o reservorios, proporcionando suficiente hidratación para sobrevivir. Un equipo investigador de la Universidad de Ohio, ha estudiado cada uno de estos seres vivos y se ha dado cuenta de que es posible construir un sistema similar, aunque más grande, para permitir a los humanos extraer el agua de la niebla o la con...

La denominada “viuda negra” es una araña. Su nombre deriva del hecho de que la hembra se come al macho después del apareamiento, sirviéndole éste de alimento.   Para cazar a sus presas, estas arañas fingen caer de la telaraña y estar muertas. Posteriormente enredan a sus víctimas con los hilos de seda ayudándose con sus patas traseras y les inyectan una substancia neurotóxica (uno de los venenos más peligrosos que se conocen en el mundo animal) que bloquea la transmisión de impulsos nerviosos, paralizando el sistema nervioso central y produciendo dolores musculares intensos.  Quizá no lo sepas, pero las telarañas de las arañas viudas negras son más resistentes que el acero e incluso el Kevlar, el material que se utiliza para la confección de los chalecos antibalas.  Hace unos días se publicaba una investigación que señala cómo un grupo de científicos ha descubierto cómo consiguen las viudas negras hacer sus telarañas. Las trampas mortales que construyen ...

El reciente premio Nobel de Química otorgado a la Dra. Frances Arnold es el reconocimiento a una manera alternativa de enfocar las investigaciones científicas. Sus investigaciones han permitido que la humanidad realice el equivalente a la agricultura o la ganadería en el mundo de los microbios y las moléculas. La evolución dirigida permite domesticar microbios para que desarrollen proteínas que no existen en la naturaleza y que se aplican a la creación de nuevos combustibles y fármacos contra muchas enfermedades, desde la diabetes al cáncer metastásico. La idea motor de "la evolución dirigida de enzimas" proviene de la búsqueda de nuevos métodos de producir este tipo de proteínas ubicuas en la naturaleza, que son las encargadas de catalizar todas las reacciones bioquímicas de los organismos vivos. La evolución dirigida se considera "una revolución científica", porque "comprime el proceso de evolución natural de enzimas, de miles de millones de años, en o...

Los avances científicos y tecnológicos de los últimos años están dando lugar a toda una revolución en el desarrollo de materiales. Estos nuevos materiales ya empiezan a dejar obsoletos a los materiales tradicionales. Veamos varios ejemplos. S e está explorando un material que se utiliza en sustitución de los filamentos de plásticos empleados para la impresión 3D y que se obtiene de las conchas de mejillón, recuperado de los desechos de los restaurantes. Otra innovación. F ibra de gusanos que comen grafeno. Su utilización: huesos impresos con tecnologías 3D. Se trata de un material impreso en 3D con base de calcio que es impreso en una compleja geometría para que simule el hueso humano. Cuando se implanta en el cuerpo, el hueso lo confunde con alimento y, a medida que lo va comiendo, va creciendo en su lugar hueso nuevo. Espectacular, ¿verdad? Otro ejemplo. En esta ocasión, una innovación que transforma materiales ya conocidos. Me refiero al hormigón traslúcido, que surge...

L as sociedades modernas se levantan sobre miles de toneladas de hormigón armado. Pero muchas de esas estructuras de hormigón están en pleno deterioro y eso es algo que preocupa cada vez más a los científicos. Efectivamente, las grietas y los desperfectos son demasiado comunes en infraestructuras envejecidas que llevan décadas sometidas a procesos de congelación, sobrecarga, corrimiento de tierras o degradación de todo tipo. L os trabajos de mantenimiento y reparación suelen ser, por otra parte, demasiado complejos y costosos. La única solución es disponer de un hormigón que se repare solo. Pero para ello hay que construirlo, claro.  Y eso es lo que están haciendo los científicos. Para ello, se fijaron en la capacidad de los sistemas biológicos para autorrepararse. Así que, decidieron que la forma más sencilla de crear un material que se arreglara sin intervención humana era creando un "hormigón vivo" . O, en todo caso, algo muy parecido. El equipo de cie...

No cabe duda de que de la naturaleza podemos aprender muchas cosas. Observando, fijándonos, detectando la composición de los distintos materiales y sus funcionalidades. Como los de l as conchas de mejillones o  los huesos. O, como en este caso, como las púas de los erizos de mar.  Las púas de estos animales están hechas principalmente de  calcita , habitualmente  un material muy quebradizo y frágil. Sin embargo, las espinas de los erizos de mar son mucho más duraderas. Ello es debido a la peculiar arquitectura de los materiales que están dispuestos como si se tratase de una  pared de ladrillo . En las paredes, cada capa de ladrillo que se coloca se mantiene en su lugar por el mortero. De manera que el principio rector es aplicar capas duras, luego materiales blandos, duros y blandos; exactamente el principio que la naturaleza utiliza para hacer que las espinas de los erizos de mar sean tan resistentes. Recientemente, un equipo de investiga...

Los murciélagos tienen un mecanismo de vuelo muy sofisticado. Al tener más de 40 articulaciones en sus alas, estos mamíferos voladores pueden mover ambas extremidades de manera independiente y realizar maniobras que resultan imposibles para las aves o para los insectos. Inspirándose en los murciélagos, unos científicos han creado Bat Bot, un robot volador, capaz de alcanzar los 50 kilómetros por hora y de cambiar de dirección en el aire. El Bat Bot, de 93 gramos de peso y 47 centímetros de envergadura, tiene el tamaño aproximado de un murciélago. En el lugar de la cabeza, lleva un ordenador que actúa como cerebro y unos sensores que actúan como órganos sensoriales. Tiene una estructura de fibra de carbono a modo de esqueleto. Pero lo más novedoso del robot murciélago son las alas. Formadas por membranas muy, muy finas (56 micras de grosor), flexibles como las de un murciélago real. Y están equipadas con nueve articulaciones que le permiten una variedad de movimientos sin...

Mantener el calor dentro del agua es complicado. Biológicamente hablando, únicamente existen dos formas: con una gruesa capa de grasa (como tienen morsas o leones marinos), o con un pelaje que retenga el aire entre los pelos (como los castores y nutrias marinas). Estudiar el mecanismo de cómo estos animales se aíslan del medio para no perder calor, sirve de guía para el diseño de materiales para la fabricación de las nuevas generaciones de trajes de neopreno. La selección natural, que lleva trabajando miles de años, proporciona soluciones más creativas y productivas que la propia ingeniería. Los biólogos han observado que, tanto nutrias como castores, tienen sobre la piel pelos largos y finos que cubren a los más pequeños y que parecen ser una capa protectora que evita que el agua llegue hasta la piel y, a su vez, retiene el aire en una serie de micro cámaras. Un grupo de científicos del prestigioso MIT se ha basado en la capacidad de retener el calor de las pieles de...