CapÃtulo 1 : Biomimética
Emular los modelos, procesos y componentes de la naturaleza con el objetivo de encontrar soluciones a problemas humanos difíciles es precisamente de lo que se trata la biomimética, también conocida como biomimética. Tanto la "biomimética" como la "biomímesis" tienen su origen en el griego antiguo: ß?o? (bios), que significa vida, y µ?µ?s?? (mimesis), que significa imitación. Estos nombres tienen su origen en la palabra griega µ?µe?s?a? (mimeisthai), que significa imitar, y µ?µ?? (mimos), que significa actor. La biónica es un campo que está estrechamente relacionado con este.
En el transcurso de los 3.800 millones de años que han pasado desde que se pensó que la vida evolucionó por primera vez en la Tierra, la naturaleza ha experimentado el proceso de evolución. Ha desarrollado especies que son altamente efectivas haciendo uso de los recursos que están fácilmente disponibles. Las propiedades de los materiales se derivan de las interacciones que tienen lugar entre las superficies de los sólidos y otras superficies, así como del entorno. La organización de los materiales biológicos es extremadamente compleja, desde las dimensiones moleculares hasta las nano, micro y macro. Estos materiales suelen estar dispuestos de forma jerárquica y su nanoarquitectura es sofisticada. Al final, están compuestos por una amplia variedad de componentes funcionales diversos. Los materiales y las superficies tienen características que son consecuencia de una compleja interacción entre la estructura y la morfología de la superficie, así como las propiedades físicas y químicas del material. Una amplia variedad de materiales, superficies y objetos en general son capaces de realizar muchas funciones.
Una amplia gama de materiales, estructuras y artilugios han sido fabricados con fines comerciales por ingenieros, científicos de materiales, químicos y biólogos. Además, los artistas y arquitectos han creado estas cosas en aras de la belleza, la estructura y el diseño a través de su trabajo. Las capacidades de autocuración, la tolerancia y resistencia a la exposición ambiental, la hidrofobicidad, el autoensamblaje y la capacidad de capturar energía solar son solo algunas de las dificultades de ingeniería que la naturaleza ha manejado. La influencia que los materiales y superficies bioinspirados tienen en la economía es sustancial, con estimaciones que oscilan entre varios cientos de miles de millones de dólares anuales en el resto del mundo.
Uno de los primeros ejemplos de biomímesis se refiere al estudio de las aves con el fin de desarrollar capacidades de vuelo para los humanos. Leonardo da Vinci (1452-1519) fue un observador atento de la anatomía y el vuelo de las aves. Creó varias notas y bocetos sobre sus observaciones, así como bocetos de "máquinas voladoras". A pesar de que nunca tuvo éxito en el desarrollo de una "máquina voladora", fue el creador de numerosos bocetos de máquinas voladoras. Se dice que las observaciones de palomas en vuelo sirvieron como fuente de inspiración para los hermanos Wright, que lograron volar con éxito el primer avión más pesado que el aire en el año 1903.
A Otto Schmitt, biofísico y polímata estadounidense, se le atribuye el desarrollo de la idea de la "biomimética" en la década de 1950. Su investigación de tesis condujo al desarrollo del disparador de Schmitt, que creó mediante el análisis de los nervios que se encuentran en los calamares. Buscaba diseñar un dispositivo que imitara el sistema biológico responsable de la propagación de los nervios. Continuó concentrándose en el desarrollo de máquinas que fueran capaces de imitar los procesos naturales, y en el año 1957, había reconocido una alternativa al punto de vista convencional de la biofísica en ese momento, al que más tarde se referiría como biomimética.
Es más exacto decir que la biofísica es un punto de vista que una colección de hechos. En otras palabras, es un método que aplica la teoría y la tecnología de las ciencias físicas a las dificultades que se presentan en el campo de la investigación biológica. La biofísica, por otro lado, también es un método que un biólogo lleva a los problemas que están asociados con la ciencia física y la ingeniería, a pesar de que este elemento ha sido generalmente ignorado.
En 1960, Jack E. Steele, que trabajaba en la Base de la Fuerza Aérea Wright-Patterson en Dayton, Ohio, inventó un término muy similar al biónico. Otto Schmitt también trabajaba allí en ese momento. Steele caracterizó la biónica en términos de "la ciencia de los sistemas que tienen alguna función copiada de la naturaleza, o que representan características de los sistemas naturales o sus análogos". En una reunión posterior en 1963, Schmitt hizo la siguiente declaración:
Con el fin de hacer un uso eficaz de los conocimientos técnicos de los científicos que se especializan, o más bien, debería decir, se desespecializan en este campo de investigación, tomemos en consideración lo que el término "biónica" ha llegado a significar en términos de su significado operativo, así como lo que debería significar o una palabra que sea similar a ella (prefiero la biomimética).
El término "biomimético" fue utilizado por primera vez por Schmitt en el título de uno de sus artículos en 1969, y en 1974 ya se había abierto camino en el Diccionario Webster. Dentro del mismo léxico, la biónica fue descrita por primera vez como "una ciencia preocupada por la aplicación de datos sobre el funcionamiento de los sistemas biológicos a la solución de problemas de ingeniería" en el año 1960. El término "biónico" adquirió un nuevo significado después de que Martin Caidin hiciera referencia a Jack Steele y su trabajo en la novela Cyborg, que luego se adaptó a la serie de televisión The Six Million Dollar Man y sus derivados en 1974. "el uso de partes del cuerpo artificiales operadas electrónicamente" y "tener las facultades humanas ordinarias aumentadas por o como si fueran con la ayuda de tales dispositivos" son dos de las definiciones que han llegado a estar conectadas con el término "biónico". Debido al hecho de que el término "biónico" llegó a asociarse con el poder sobrenatural, la comunidad científica en las naciones donde el inglés es el idioma principal lo abandonó principalmente.
La biomímesis se presentó por primera vez al público en el año 1982. En su libro publicado en 1997 titulado "Biomímesis: Innovación inspirada en la naturaleza", se atribuye a la científica y autora Janine Benyus la popularización del concepto de biomímesis. La biomímesis se describe como una "nueva ciencia que estudia los modelos de la naturaleza y luego imita o se inspira en estos diseños y procesos para resolver problemas humanos", según la definición del libro. El concepto de mirar a la naturaleza como un "modelo, medida y mentor" es fomentado por Benyus, quien también destaca la importancia de la sostenibilidad como objetivo de la biomímesis.
Johannes-Paul Fladerer y Ernst Kurzmann desarrollaron una descripción de "managemANT", y se considera uno de los ejemplos más recientes de biomímesis. La frase "gestión" es una combinación de las palabras "hormiga" y "gestión", y se refiere a la utilización de los métodos de comportamiento de las hormigas en las estrategias económicas y de gestión. La cuantificación de los posibles efectos a largo plazo de la biomímesis se incluyó en un informe encargado por el zoológico de San Diego en 2013 y publicado por el Fermanian Business & Economic Institute. Los hallazgos proporcionaron evidencia de los beneficios económicos y ambientales potenciales de la biomímesis, que se pueden observar aún más en la estrategia "managemANT" que fue desarrollada por Johannes-Paul Fladerer y Ernst Kurzmann. Las tácticas económicas y de gestión que se utilizan en este enfoque se basan en las estrategias de comportamiento que emplean las hormigas.
De hecho, la biomímesis tiene el potencial de ser utilizada en una amplia variedad de dominios. Existe una gran variedad de características que podrían ser imitadas en los sistemas biológicos debido a la diversidad y complejidad de estos sistemas. Hay varias etapas diferentes de desarrollo en las que se encuentran ahora las aplicaciones biomiméticas, que van desde innovaciones que podrían llegar a ser utilizables comercialmente hasta prototipos. Se ha rederivado para proporcionar fórmulas simples para el diámetro de la tubería o tubo, lo que proporciona un sistema de ingeniería de masa mínima. La ley de Murray, que en su forma habitual determinaba el diámetro óptimo de los vasos sanguíneos, se ha vuelto a derivar.
Las aves y los murciélagos están sirviendo como fuente de inspiración para el diseño de las alas de los aviones y las técnicas de vuelo. Fue el pico del pájaro martín pescador el que sirvió de inspiración para la aerodinámica del diseño aerodinámico de la serie Shinkansen 500, que es un tren de alta velocidad japonés mejorado.
Entre los biorobots que se basan en la fisiología y métodos de locomoción de los animales se encuentran los siguientes: Canguro biónico, que se mueve como un canguro, ahorrando energía de un salto y transfiriéndola a su siguiente salto; Kamigami Robots, un juguete para niños, imita la locomoción de las cucarachas para correr rápida y eficientemente sobre superficies interiores y exteriores; y Pleobot, un robot inspirado en los camarones que se utiliza para estudiar la natación metacrónica y los impactos ecológicos de esta marcha propulsora en el medio ambiente.
Ejemplos de mamíferos voladores, aves o insectos sirven como fuente de inspiración para los BFR. Cuando se trata de BFR, pueden ser...
