Materiales inspirados en la naturaleza: Avances y desafíos en Biomimética

Publicado: Octubre 13, 2023

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Autor: Mayuly Rodríguez, 12 octubre 2023

Introducción

En la confluencia entre la sostenibilidad y la innovación se halla la Biomimética, un campo emergente y prometedor que se dedica a explorar cómo los patrones y estrategias inherentes a la naturaleza logran ser emulados para desarrollar materiales innovadores. Esta interesante intersección de disciplinas no sólo tiene el potencial de revolucionar la manera en que conceptualizamos y fabricamos materiales, sino que también ofrece soluciones sostenibles a los desafíos que enfrentamos en la era actual.

Biomimética: Un concepto que inspira

Está disciplina desde un enfoque etimológico, se origina de “bios”, vida y “mimesis”, imitar y significa “imitar la vida”. En este sentido, la Biomimética se alza como una de las soluciones más sensatas, por que explora cómo los humanos con estrategias imaginativas y eficientes logran reproducir los procesos, sistemas y elementos de la naturaleza para resolver problemas complejos, mejorar la sostenibilidad y fomentar la innovación en múltiples sectores, asegurando la supervivencia y la perdurabilidad.

Esta ciencia abre el camino para dar lugar no solo a nuevas tecnologías bioinspiradas, sino que también pretende cambiar la relación de la especie humana con el entorno natural, mediante soluciones innovadoras y eficaces, haciendo uso eficiente de los recursos y demostrando la habilidad de adaptarse continuamente.

La estadounidense Janine M. Benyus, una escritora y consultora de innovación en ciencias naturales, es reconocida por acuñar el término Biomímesis. Tras escribir sobre la vida silvestre y el comportamiento animal, Benyus definió la Biomímesis como el diseño y la resolución de problemas intencionalmente inspirados en la naturaleza. Su obra, “Biomimicry: Innovation Inspired by Nature” (1997), es destacada por desarrollar la tesis básica de que los seres humanos deberían emular conscientemente el genio de la naturaleza en sus diseños¹.

Diseño bioinspirado

Es ampliamente reconocido como una metodología que se basa en la biología para impulsar la innovación en diseño e ingeniería. Aunque esta perspectiva aprovecha la comprensión de sistemas naturales para hallar soluciones, es esencial distinguir entre enfoques bioinspirados que son puramente evaluativos y aquellos que son regenerativos.

Aunque esta ciencia se categoriza como un diseño bioinspirado, no todos estos diseños son necesariamente biomiméticos. Existen tres términos utilizados para describir las formas de relacionar los sistemas biológicos y con los diseños humanos. A continuación, se describen de forma resumida:

Biomorfismo: Visualmente es semejante a la naturaleza
Bioutilización: Refiere al uso de la naturaleza
Biomímesis: Funciona como la naturaleza

¿Cómo la naturaleza inspira el progreso?

Este sistema complejo y autónomo, con su elegancia intrínseca y una gran eficiencia, es una fuente de inspiración constante. Las estructuras biológicas, refinadas y perfeccionadas a lo largo de milenios de evolución, ofrecen perspectivas valiosas para la creación de materiales más robustos, flexibles y adaptativos a las necesidades actuales. Cada organismo, desde la complejidad microscópica de un microbio, hasta la majestuosidad de las secuoyas gigantes, encierran secretos que están siendo develados y aplicados en diversas industrias.

La esencia no reside en copiar el ecosistema, sino en replicar o inspirarse en ella. El enfoque consiste en explorar respuestas a la pregunta: ¿Qué haría la naturaleza en una situación concreta?, la inspiración del mundo natural se basa en; la identificación de una característica de algún ser vivo del entorno natural y a partir de ahí intentar generar un desarrollo tecnológico, por otra parte, partiendo de un problema que tenga, buscar ideas en el entorno natural que puedan solucionarlo.

Hoy en día, la naturaleza sigue siendo un génesis de inspiración creativa para los nuevos desarrollos tecnológicos de diversos ámbitos, porque no existe un sector industrial donde el entorno natural no contribuya a potencial sus procesos y sistemas.

Desarrollo de materiales innovadores bajo esta ciencia

La biomimética ha inspirado la creación de una variedad de materiales, aprovechando los principios y estructuras encontrados en el mundo natural. Es prácticamente inviable cubrir todos o incluso una cantidad considerable, pero algunos de estos incluyen:

Hidrofóbicos: Tomando inspiración de diversas plantas y animales que tienen superficies que repelen el agua.
Auto-limpiantes: Inspirados en las hojas de loto, que tienen una superficie microestructurada que repele el agua y las partículas de suciedad.
Adhesivos: Desarrollados tomando como referencia las patas de los geckos, que permiten a estos animales adherirse a superficies verticales y hasta caminar en el techo.
Aerodinámicos: Basados en las características de las alas de aves y otros animales voladores para mejorar la eficiencia en vuelo.
Estructurales ligeros y resistentes: Inspirados en estructuras naturales complejas como los huesos, que son fuertes y resistentes a pesar de ser livianos.
Que cambian de color: Inspirados en animales como el camaleón o el calamar, que pueden cambiar de color para camuflarse en su entorno.
Con propiedades de auto-reparación: Creados pensado en la capacidad de los organismos vivos para sanar heridas y restaurar su funcionalidad.
Con control térmico: Inspirados en animales que tienen mecanismos biológicos para regular la temperatura, como ciertas especies de aves y mamíferos.
Fibras elásticas pero fuertes: similar a la de las telarañas, con una elasticidad que permite una amplia variedad de aplicaciones
Con propiedades anti-reflectantes: basados en los ojos de polilla que adsorbe la luz

Aplicaciones Biomiméticas

Con la llegada del nuevo milenio, se desencadena una nueva ola de innovación en la que emergen distinguidos avances en la integración de la biomimética con la ciencia de materiales beneficiando la industria global. Se destacan los siguientes:

En la industria aeronáutica, el análisis y emulación de las alas de las aves ha inspirado diseños más eficientes y adaptativos.
La industria energética, desarrolla métodos sostenibles en la extracción de gas natural, inspirados en como los arboles extraen agua del suelo a través de una red de capilares, con el fin de reducir los impactos ambientales y de salud asociados con los métodos tradicionales como el fracking.
La estructura única de las aletas de las ballenas ha inspirado innovaciones en el diseño de turbinas y embarcaciones, gracias a la observación y adaptación de sus bordes irregulares y redondeados que promueven la eficiencia y la reducción del ruido.
La anatomía de las libélulas, conocidas por su vuelo acrobático y habilidad para moverse en múltiples direcciones con agilidad, inspira el diseño de hélices de helicópteros en la ingeniería y la robótica, haciendo estos medios de transporte más versátiles y ágiles, también inspiro el desarrollo de drones.
Vehículos eléctricos que imitan la fotosíntesis, las plantas para sobrevivir solo requieren de agua y sol, tomando esta realidad biológica como inspiración. Con toda su cubierta exterior revestida con celdas solares el coche no necesitaría de ninguna otra fuente de energía más que la luz solar que junto con agua imitarían la fotosíntesis de las plantas para producir energía atreves de electrólisis del agua la cual generaría hidrogeno que sería el combustible para mover esta maravilla
Cubiertas de embarcaciones, inspiradas en el plumaje de los pingüinos.
Detectores de yaros infrarrojo, basados en los sensores de un escarabajo.
Brazos robóticos inspirados en la trompa de un elefante.

Cada descubrimiento y diseño en este campo no sólo resalta la innovación, sino que también enfatiza un regreso a una coexistencia armoniosa con la naturaleza.

Desafíos y consideraciones éticas

El camino hacia la integración plena de la biomimética está cubierto de desafíos; como la complejidad en la imitación precisa de la naturaleza debido a sus intricados diseños y procesos, la falta de tecnología avanzada, y la necesidad de garantizar la sostenibilidad y la ampliación de la producción de materiales y diseños biomiméticos.

Respecto a la ética y biodiversidad, abarcan argumentos de propiedad intelectual, bioética, responsabilidad humana, y la importancia de respetar y preservar la biodiversidad y los ecosistemas, mitigando el impacto ecológico y asegurando un enfoque integral en la implementación de la biomimética.

El rol de los profesionales y empresarios

Esta disciplina representa una gran oportunidad para los profesionales y empresarios para marcar la pauta en innovación y sostenibilidad. Apoyados por los avances en inteligencia artificial y nanotecnología, los líderes en este campo no solo impulsan la creación de materiales y diseños innovadores, sino que también se comprometen con un futuro ecológicamente consciente.

En este sentido, la economía y la ecología convergen, y la biomimética surge como una estrategia clave para un crecimiento que es tanto tecnológicamente avanzado como respetuoso con el planeta. Es una intersección de ciencia, ética y negocio donde la innovación se alinea con la responsabilidad ambiental para un futuro más equitativo.

Conclusiones

La biomimética surge como una fortaleza de la innovación, uniendo la ingeniería avanzada con los secretos inexplorados de la naturaleza. Este conjunto entre la creación de materiales y tecnologías no solo son vanguardistas, sino también sostenibles. Cada producto y solución derivados de esta ciencia denota un avance tecnológico y un compromiso profundo con la preservación ambiental, señalando una era donde la tecnología y el ecosistema natural no solo coexisten, sino que se potencian mutuamente.

Industrias como la energía, materiales, arquitectura, transporte y robótica se perfilan como sectores clave para la integración de la biomimética en el futuro cercano. Es evidente que la influencia de la naturaleza en la optimización de procesos y sistemas es relevante, tocando casi cada esfera de la producción y el desarrollo industrial.