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Ciencia que copia a la naturaleza
Puede que, como escribía Oscar Wilde en La decadencia de la mentira, la vida imite al arte. Pero la ciencia más avanzada copia a la naturaleza. Buena parte de la nanotecnología, la ingeniería y los estudios sobre metamateriales más punteros están aplicando ideas que han visto en saltamontes, tiburones, gusanos o puercoespines. La solución a buena parte de los problemas de los humanos la tiene los animales.Tres de los científicos más importante en el pujante campo de los metamateriales repasan en la edición de agosto de la revista Physics World algunas de esas maravillas de la naturaleza que están inspirando a los ingenieros, médicos y tecnólogos en la creación de nuevos materiales con propiedades casi impensables.
Desde las repulsivas salamanquesas hasta las nacaradas ostras, pasando por el pepino de mar, la lista de animales que tienen alguna habilidad o particularidad aprovechable para las distintas ramas de la nanotecnología no deja de crecer. De hecho, los avances en lo que llaman bioimitación van paralelos al progreso de lo nano (la mil millonésima parte de algo).
CINTAS ADHESIVAS INSPIRADAS EN LAGARTOS
Sin el avance de la investigación a nano escalas, aún seguiríamos pensando que los Gekkonidae, familia a la que pertenecen las salamanquesas, tienen unas ventosas que les permiten pegarse a la pared más vertical, aún que sea de vidrio.
En realidad, si se miran sus patas al microscopio, se observan una serie de fibras pelosas que repiten un patrón casi fractal, con nuevas fibras aún más pequeñas en cada una de ellas. Con este mecanismo, el geco juega a algo similar al proceso de atracción-repulsión entre moléculas conocido como fuerzas de Van der Waals. Unido a la interacción hidroestática con la superficie, se puede entender que haya decenas de científicos estudiando a este pequeño lagarto para crear avanzadas cintas adhesivas que puedan pegarse y despegarse sin perder adherencia.
Gustave Eiffel -sí, el de la torre de París- no podía saberlo, pero los 320 metros de torre que levantó para la Exposición Universal de 1889 sigue un patrón que también se encuentra en los huesos porosos o trabeculares que la mayoría de los vertebrados tenemos dentro. Su estructura da una gran resistencia a la vez que ligereza. Siguen un sistema que en arquitectura e ingeniería llaman diseño jerárquico, con un patrón repetitivo de estructuras.
Ese uso de pequeñas vigas para componer otras más grandes y crear un segundo o tercer nivel de estructuras compuestas explica la resistencia en el tiempo de la Torre Eiffel, que en principio era una instalación temporal. Si se desmontara y se fundiera todo el hierro que contiene y se depositara en un área igual a su base, apenas levantaría seis centímetros del suelo.
Esa resistencia ligera también aparece en el nácar que las ostras convierten en perlas. Al microscopio, se podría ver que la madre perla está formada por minúsculos ladrillos de carbonato cálcico pegados con una pequeña cantidad de material orgánico. Su resistencia a la fractura es 3.000 veces superior a la del cristal de carbonato cálcico puro solo gracias a su estructura jerárquica. Ahora se está intentando aplicar estas propiedades a la elaboración de avanzadas cerámicas para recubrir aviones y naves espaciales.
Son sólo tres ejemplos de las maravillas de la naturaleza que pueden servir a los humanos. Aquí tenéis unas cuantas más:
1.- Sintetizada por primera vez en 2005, la resilina es una proteína que da esa increíble elasticidad a las pulgas en sus saltos o a las alas de las libélulas. Los científicos están estudiando cómo aprovechar sus propiedades en la reparación de tejidos humanos.
2.- El nácar de moluscos como las ostras está formado de simple carbonato cálcico usado como ladrillos y minúsculas cantidades de materia orgánica como cemento. Su resistencia es 3.000 veces mayor que la de los mejores cristales y cerámicas.
3.- Imitando estructura naturales como la de los huesos porosos, investigadores de EEUU han creado el material metálico más ligero del mundo. Aunque es un 99,9% aire, es también uno de los más resistentes logrados jamás.
4.- Algunas especies de escarabajos, como este de Namibia, usan una especie de microcelosías para recoger las gotas de rocío. Un investigador del MIT ha diseñado un sistema similar que podrá ser usado allí donde el agua escasea.
5.- Usado ya por los barcos de la US Navy para evitar la adherencia de algas y moluscos en su casco, la compañía alemana Lufthansa está experimentando con un recubrimiento para sus aviones inspirado en la piel de los tiburones. Su particular diseño la hace muy aerodinámica. Arriba a la derecha, visión microscópica de la piel. Abajo, la copia humana.
6.- El Pomphorhynchus laevis es un gusano que parasita a sus víctimas, una especie de pez, clavando su cabeza, que ha convertido en una almohadilla de garfios, en las paredes de su intestino. Investigadores del Brigham and Women's Hospital (EEUU) ha recreado el sistema en un parche que quieren usar en operaciones internas en sustitición de las grapas, ya que tiene tres veces más agarre.
7.- La evolución ha dado al geco y otros reptiles un agarre en sus patas que sólo ahora la física empieza a comprender. Inspirados en la estructura fractal de sus almohadillas, varios equipos de científicos están en una carrera para conseguir nuevos materiales adhesivos
8.- Los saltamontes, como este cabeza de caballo, tienen la rara habilidad de no disponer de músculos en sus patas y, aún así, menudos saltos pegan. Por eso, investigadores británicos están estudiando su estructura mecánica para, en el futuro, crear prótesis para humanos o mejores articulaciones a los robots
9.- El mismo laboratorio que está estudiando al gusano Pomphorhynchus laevis, también se ha fijado en las púas del puercoespín. Su facilidad para clavarse en la piel del que ose acercarse va pareja con la dificultad para sacarlas. Por eso, la gente del Karp Lab y el MIT creen que el futuro de la sutura quirúrgica pasa por este animal
10.- No podíamos acabar esta galería sin recordar que la bioimitación no es de ahora. Ya la habían definido los griegos y desde mediados del siglo pasado se ha venido aplicando en la industria. Como no incluir aquí una de las mejores copias que ha hecho el hombre de la naturaleza. El imperio del velcro se basa en la simple observación de especies vegetales como la Xanthium spinosum. Uno de sus muchos nombres populares lo dice todo: arrancamoños
Agradecimientos a http://www.taringa.net/jesusdalmau
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