Bajo el concepto de biomímesis, cada año se crean nuevos diseños y estructuras aplicadas a viviendas, medios de transporte, comodidades del hogar, pinturas, herramientas y mucho más. El desafío de desarrollar tecnologías de manera sustentable
Tanto animales como los seres humanos se han inspirado en la naturaleza para beneficiarse en su vida, ya sea para protegerse del frío o calor, como para alimentarse o evitar ser comidos. En un mundo cada vez más preocupado por la sostenibilidad y la eficiencia de sus procesos en esta era moderna y tecnológica, hoy la biomímesis se presenta como una herramienta poderosa y revolucionaria para abordar los desafíos que enfrentan las sociedades modernas.
Este enfoque, que emula las estrategias y patrones que la naturaleza ha perfeccionado a lo largo de millones de años de evolución, tiene el potencial de transformar cómo diseñamos productos, procesos y sistemas. Pero, ¿qué es exactamente la biomímesis y cómo puede ayudarnos a construir un futuro más resiliente y sostenible?
¿Qué es la Biomímesis?
El término biomímesis proviene del griego, donde “bio” significa vida y “mímesis” imitar, por lo que su definición básica es la imitación de la vida. A lo largo de la historia, los seres humanos observaron cómo los organismos vivos resuelven problemas en su entorno y, a partir de esa observación, han adaptado soluciones para sus propios retos.
La biomímesis no es una disciplina nueva. Aunque el concepto como tal fue acuñado por el ingeniero Otto Herbert Schmitt en 1969, fue en los años noventa cuando ganó relevancia, principalmente gracias a la científica Janine Benyus.
Su enfoque, que postulaba que la humanidad debería imitar las formas y los procesos de la naturaleza para resolver sus problemas, revolucionó la forma en que entendemos la innovación tecnológica. Hoy en día, la biomímesis se ha convertido en un campo interdisciplinario que abarca áreas como la ingeniería, la arquitectura, la medicina, la agricultura y, por supuesto, el diseño sostenible.
A medida que el mundo enfrenta una creciente presión por reducir su huella ecológica y adaptarse al cambio climático, la biomímesis se presenta como una solución urgente y viable. Según sus defensores, la naturaleza ya ha resuelto muchos de los problemas que los seres humanos enfrentan, como el manejo eficiente de los recursos, la producción de energía y la optimización de los procesos. Al observar y emular estos procesos, podemos reducir el gasto, mejorar la eficiencia energética y crear productos más sostenibles.
20 ejemplos cotidianos de la biomímesis
1. Cómo el martín pescador mejoró el tren bala
El Shinkansen es uno de los trenes de alta velocidad más conocidos a nivel mundial, y ha sido símbolo de eficiencia y rapidez. Sin embargo, a pesar de su éxito, se enfrentó a un problema técnico importante: el ruido excesivo producido por el paso del tren a través de túneles, conocido como el “boom del túnel”. Este fenómeno se debe a los cambios repentinos de presión del aire cuando el tren se introduce rápidamente en un espacio cerrado, generando un fuerte estruendo que se propaga por todo el trayecto.
Ante esta situación, un equipo de ingenieros del Japan Rail West intentó hallar una solución. Fue el ingeniero Eiji Nakatsu, con una profunda pasión por la ornitología, quien observó que el martín pescador, un ave que se zambulle con agilidad en el agua sin salpicar, tenía un pico altamente aerodinámico que le permitía realizar el movimiento sin generar alteraciones en el entorno.
Nakatsu propuso que el tren adaptara su morro a la forma del pico de este ave, lo que no solo resolvió el problema del ruido, sino que también mejoró la aerodinámica del tren, permitiendo una mayor velocidad y un consumo eléctrico más eficiente. Como resultado de esta biomimética, el Shinkansen alcanzó un aumento en la velocidad del 10% y una reducción del consumo energético del 15%, además de convertirse en un tren más silencioso y cómodo para los pasajeros.
2. Cómo los cardos se convirtieron en velcro
En 1941, un paseo por los campos de Suiza le cambió la vida a George de Mestral, un ingeniero inventor. Mientras caminaba con su perro, observó cómo las flores del cardo alpino se adherían a su ropa y al pelaje de su mascota. Curioso, decidió investigar el fenómeno y, al analizar las semillas bajo el microscopio, descubrió que las flores tenían pequeñas púas que actuaban como ganchos, lo que les permitía adherirse firmemente a las fibras.
Esta observación llevó a de Mestral a desarrollar un sistema de cierre innovador, el velcro, que se compone de dos cintas de tela. Una de las cintas está cubierta por pequeñas púas en forma de ganchos, mientras que la otra tiene fibras que forman pequeños lazos. Al presionar ambas, los ganchos se enganchan (valga la redundancia) en los lazos, permitiendo un cierre rápido y fácil.
Aunque al principio el invento no tuvo mucho éxito, el verdadero impulso vino cuando la NASA lo adoptó en la década de 1960 para los trajes espaciales y botas de los astronautas. Desde entonces, el velcro ha encontrado innumerables aplicaciones, desde la ropa hasta la tecnología, demostrando el ingenio que se puede encontrar en la naturaleza.
3. Climatización eficiente inspirada en los nidos de las termitas
El Eastgate Building de Zimbabue es un ejemplo brillante de cómo los principios de la naturaleza pueden inspirar soluciones sostenibles. Diseñado por el arquitecto Mick Pearce, el edificio mantiene una temperatura interior constante entre 22 ºC y 25 ºC sin necesidad de aire acondicionado, a pesar de las grandes fluctuaciones térmicas exteriores, que varían entre los 10 ºC y los 40 ºC. Esta impresionante eficiencia energética se basa en la observación de los nidos de termitas africanas, unas estructuras complejas que permiten a las termitas mantener una temperatura constante dentro de su termitero, sin importar el calor abrasador o el frío del exterior. El secreto de este fenómeno reside en la circulación del aire dentro de estas torres de barro.
En el Eastgate Building, un sistema de ventilación pasiva y conductos internos crea una corriente de aire similar a la de las termitas, utilizando la masa térmica del edificio y el intercambio de calor con el aire exterior para mantener la temperatura estable.
Este sistema permite reducir el consumo energético en un 90% en comparación con edificios convencionales de tamaño similar. La biomimética aplicada en el diseño de este edificio demuestra cómo los principios de la naturaleza pueden ser clave para resolver problemas contemporáneos como el consumo de energía y el cambio climático.
4. El nailon y la tela de araña
La tela de araña, famosa por su delicadeza y resistencia, ha sido uno de los ejemplos más fascinantes de la naturaleza que ha inspirado la ingeniería textil. Los hilos que las arañas tejen para construir sus telarañas son increíblemente fuertes y elásticos. De hecho, son más resistente que el acero, y tiene una elasticidad superior, permitiendo que se estire hasta un 135% de su longitud sin romperse. Este asombroso material fue el principal referente para la creación del nailon, una fibra sintética desarrollada por la empresa DuPont en la década de 1930.
Inicialmente utilizado como sedal y para la creación de hilo dental, el nailon se popularizó en 1939 con la introducción de las medias de nailon en la Feria Mundial de Nueva York. La comparación entre este producto y la tela de araña no es meramente simbólica; ambas comparten una resistencia impresionante a la rotura y una elasticidad que las hace útiles para una variedad de aplicaciones, desde textiles hasta componentes industriales.
Aunque el nailon ha demostrado ser un material increíblemente versátil y resistente, la fibra natural de la araña sigue siendo un estándar que la ciencia aún no ha podido igualar completamente, lo que deja abierta la puerta a nuevas investigaciones sobre materiales más eficientes y ecológicos.
5. Pinturas que se autolimpian como la flor de loto
El estudio de la naturaleza ha inspirado a muchas innovaciones tecnológicas, y un ejemplo fascinante de biomimética es la pintura Lotusan, que imita las propiedades de la flor de loto para autolimpiarse. En 1982, el botánico Wilhelm Barthlott, de la Universidad de Bonn, descubrió que sus hojas tienen una propiedad única: son extremadamente hidrófobas, lo que significa que repelen el agua.
Esta característica se debe a las nanoestructuras cerosas que cubren la superficie de las hojas, las cuales crean una textura tan rugosa a escala microscópica que evita que las partículas de polvo y suciedad se adhieran. Al contrario, cuando la lluvia cae sobre la hoja, las gotas de agua se agrupan y arrastran consigo la suciedad, dejando la superficie limpia. Esta fascinante propiedad inspiró la creación de Lotusan, una pintura para exteriores que se comporta de la misma manera.
La pintura crea una superficie hidrófoba que permite que el agua de lluvia se deslice y limpie las superficies sin que se adhieran contaminantes. Esta innovación tiene aplicaciones importantes en la construcción y el diseño de edificios, ya que no solo reduce la necesidad de limpieza, sino que también contribuye a mantener las superficies exteriores más limpias y seguras durante más tiempo.
6. Turbinas de ballena
La ballena jorobada, con sus impresionantes 36 toneladas de peso, ha sido durante mucho tiempo un ejemplo de destreza y agilidad en el agua, a pesar de su tamaño. Uno de los aspectos más fascinantes de su anatomía son las protuberancias irregulares en la parte frontal de sus aletas, conocidas como tubérculos. Estos no son solo una característica estética, sino que tienen un propósito funcional crucial.
Al moverse a través del agua, las aletas de la ballena crean vórtices turbulentos que mejoran su capacidad para maniobrar y estabilizarse en el agua. Este descubrimiento, realizado por el biomecánico Frank Fish, dio lugar a una serie de innovaciones tecnológicas.
Fish observó que las protuberancias de las aletas de las ballenas mejoraban la aerodinámica y la estabilidad de la ballena, permitiéndole realizar movimientos rápidos y precisos a pesar de su tamaño masivo. Basándose en este principio, el biomecánico fundó WhalePower, una empresa que desarrolla turbinas eólicas más eficientes inspiradas en la anatomía de la ballena. Sus diseños, que imitan estas protuberancias, pueden reducir la fricción y aumentar la eficiencia en la captura de energía del viento, lo que podría tener un impacto significativo en la energía renovable.
7. Recolector de agua de niebla y humedad ambiental a partir del escarabajo
En el desierto de Namibia vive un escarabajo sorprendente llamado Stenocara, que ha evolucionado para sobrevivir en un entorno extremadamente árido. Este insecto ha desarrollado una habilidad única para recolectar agua del aire, un proceso que podría tener grandes implicaciones para la humanidad en términos de recolección de agua en áreas secas.
El Stenocara tiene un caparazón especializado que alterna entre superficies hidrofóbicas (que repelen el agua) e hidrofílicas (que atraen el agua). Esta variación permite que el escarabajo recoja agua condensada, ya sea de la humedad ambiental o de la niebla que se forma durante la madrugada. El proceso es sorprendentemente eficiente, ya que puede recolectar agua suficiente para sobrevivir durante varios días.
Basado en este principio, investigadores de la Universidad de California desarrollaron dispositivos que imitan las características del caparazón del escarabajo para capturar la humedad ambiental. Estos recolectores de agua podrían ofrecer soluciones efectivas para enfrentar la escasez de agua en regiones áridas, al permitir la obtención de agua potable a partir de la niebla y la humedad del aire.
8. Las garras del halcón peregrino y la alta velocidad
El halcón peregrino es conocido por ser el ave más rápida del mundo, alcanzando velocidades de más de 300 km/h durante sus descensos en picada. Esta velocidad extrema no es solo el resultado de su físico aerodinámico, sino también de sus garras, que tienen una estructura especializada para cortar el aire y maximizar la eficiencia en el vuelo.
La forma de las garras del halcón es una característica que inspiró el diseño de aeronaves de alta velocidad. Ingenieros y diseñadores las estudiaron con el objetivo de mejorar la aerodinámica de los aviones y aumentar su velocidad y eficiencia. Al adaptar la forma de las alas de los aviones y otros componentes a las características de las garras del halcón, se han logrado importantes avances en la ingeniería aeroespacial.
Las aplicaciones de este diseño se extienden a aviones de combate, aviones comerciales y otras áreas de la aeronáutica, demostrando cómo la naturaleza sigue siendo una fuente clave de innovación en la tecnología de alta velocidad.
9. Vehículo que imita la fotosíntesis
Los vehículos eléctricos, ya sean híbridos, híbridos enchufables o completamente eléctricos, se han consolidado como una opción viable en el mercado, aunque la innovación continúa. Un concepto que está ganando terreno es el de los vehículos propulsados por pilas de hidrógeno, que representarían el siguiente paso en la evolución de la movilidad sostenible.
Sin embargo, la producción de hidrógeno, que actualmente depende de costosos procesos industriales, aún es un desafío debido al alto consumo energético y la contaminación involucrada. En respuesta a estos obstáculos, un modelo chino de vehículo, llamado Ye Zi o “hoja”, ha desarrollado un sistema inspirado en la fotosíntesis, denominado Fotosíntesis Artificial.
Este proceso emplea la luz solar para descomponer las moléculas de agua en oxígeno e hidrógeno, siendo que este último propulsa el vehículo, mientras que el primero es liberado a la atmósfera. Este diseño no solo promete ofrecer una fuente eficiente de energía para los vehículos, sino que también tiene el potencial de contribuir a la lucha contra el cambio climático, al crear una tecnología que imite procesos naturales para generar energía limpia y sostenible.
10. Caracoles de mar y refrigeración
A lo largo de la historia, la refrigeración de edificios, vehículos y otros dispositivos ha dependido de ventiladores y sistemas mecánicos que, aunque eficaces, consumen energía y contribuyen a la huella ecológica. Y la biomimética está buscando maneras de diseñar sistemas de refrigeración sin recurrir a la fricción o al consumo de energía externa.
Una de las inspiraciones clave para esta innovación proviene de los caracoles de mar, que emplean una espiral logarítmica para mover fluidos de manera eficiente. Este patrón se replica en diversas formas naturales, desde la cola de los camaleones hasta las galaxias, y es fundamental para el movimiento de agua y aire en la naturaleza.
Algunas firmas, siguiendo con esta premisa, han desarrollado ventiladores, turbinas y otros dispositivos rotacionales inspirados en estos principios geométricos, logrando una reducción significativa en el uso energético, con ahorros de hasta un 85%, y en el ruido, que disminuye en un 75%. Estos avances no solo ofrecen una alternativa más ecológica, sino que también ayudan a reducir el consumo energético en sectores clave, como la industria de los ventiladores, que representa un 15% de la energía consumida en Estados Unidos.
11. Cinta adhesiva reusable que imita la adherencia de las patas del camaleón
El fenómeno natural de adherencia de las patas de los geckos ha inspirado diversos desarrollos tecnológicos. Estas criaturas, que pueden trepar sobre superficies verticales y transitar por techos sin esfuerzo, logran su impresionante capacidad prensil gracias a una estructura microscópica en sus extremidades. Esta estructura se basa en la fuerza de Van der Waals, la cual permite la adhesión sin el uso de líquidos o gases.
La aplicación de este principio ha llevado a la creación de una cinta adhesiva especial, llamada cinta geco, desarrollada por la Universidad de Stanford; la cual es capaz de adherirse a superficies al aplicar presión en una dirección, y liberarse al invertir la dirección.
La NASA, por ejemplo, está interesada en usar este material para equipar a sus astronautas con ropa que incluya un tejido similar, permitiendo la adherencia a superficies sin necesidad de pegamentos convencionales. Esta tecnología también ha sido probada en un robot llamado “stickybot”, que utiliza la misma tecnología de adhesión que los geckos, lo que demuestra su potencial en aplicaciones robóticas y más allá.
12. Robots que no chocan
En el campo de la automoción, los desarrollos inspirados por la naturaleza están cambiando la forma en que los vehículos interactúan con su entorno. El robot Nissan Eporo es un ejemplo de cómo la biomimética puede ayudar a reducir los accidentes vehiculares.
Este robot tuvo como origen reducir a la mitad los accidentes de vehículo, es por eso que se inspiró en la visión de los insectos, específicamente en los ojos compuestos de las abejas; los cuales proporcionan una visión de 300 grados, lo que permite a los insectos detectar objetos con una precisión sorprendente.
A partir de esta inspiración, la empresa desarrolló un sistema de Laser Range Finder (LRF), que permite a los robots detectar objetos y calcular su distancia y posición. Este avance tecnológico fue aún más lejos en 2009, cuando se basó en el comportamiento de los bancos de peces, que se mueven en conjunto para evitar obstáculos, lo que permitió a varios robots esquivar obstáculos de forma cooperativa.
13. Vidrio a prueba de aves
Cada año, millones de aves mueren al estrellarse contra estructuras de vidrio, que son invisibles para ellas debido a su transparencia. En un intento por resolver este problema, la empresa alemana Arnold Glas desarrolló un tipo de vidrio llamado Ornilux, que se inspira en la forma en que las telas de araña reflejan la luz ultravioleta.
Este tipo de luz es visible para las aves, pero no para los humanos, lo que permite que los pájaros eviten las estructuras de vidrio sin que estas sean detectables por los seres humanos.
Con este avance, se espera reducir significativamente el número de muertes de aves causadas por colisiones con ventanas y otros elementos de vidrio.
14. Ropa similar a la piel de tiburón
La NASA ha logrado replicar la textura de la piel de los tiburones, que está formada por minúsculas escamas conocidas como dentículos dérmicos, los cuales disminuyen la resistencia aerodinámica y ayudan a reducir la fricción en el agua, permitiendo que los tiburones se desplacen de manera eficiente.
Los científicos han creado un material inspirado en esta textura que no solo reduce la fricción en el agua, sino que también tiene propiedades antibacterianas.
Este material se ha utilizado en el diseño de casco de barcos y submarinos, pero también ha demostrado ser útil en la aviación. Si se aplica en un avión, aunque la mejora sea mínima, puede significar un ahorro significativo en combustible: hasta 94,000 litros anuales, lo que ofrece beneficios tanto económicos como medioambientales. Esta tecnología sigue desarrollándose, y se prevé que en el futuro se utilicen materiales con esta estructura para mejorar la eficiencia energética en diversas industrias.
15. Gekos, lagartos y robots escaladores
El asombroso poder de adherencia de los geckos ha inspirado a los investigadores a crear robots escaladores que puedan trepar por superficies verticales.
Estos robots, basados en la capacidad de los geckos para escalar paredes y techos, podrían ser utilizados en una variedad de aplicaciones, desde la exploración hasta la reparación de infraestructuras.
16. Inspiración bajo el mar
Los pulpos se han convertido en una fuente importante de inspiración para la robótica, especialmente en lo que respecta a su sistema nervioso descentralizado y sus habilidades para camuflarse y adherirse a diversas superficies.
El estudio de estos animales está ayudando a diseñar robots más inteligentes, flexibles y adaptativos, capaces de interactuar con su entorno de manera más eficaz.
17. Mejillones y pegamento
El proceso natural de adherencia de los mejillones ha dado lugar a la creación del Pure Bond, un pegamento desarrollado para ser usado en la industria de la madera.
Gracias a su capacidad para adherirse incluso en condiciones húmedas, este pegamento tiene aplicaciones en diversas áreas, incluyendo la construcción y la fabricación de muebles.
18. Sistemas de alerta y ojos de insectos
El estudio de los ojos compuestos de los insectos está ayudando a los ingenieros automotrices a desarrollar sistemas de alerta más avanzados para evitar colisiones.
Estos sistemas basados en la visión panorámica de los insectos ofrecen una mayor precisión y capacidad de detección en vehículos.
19. Sillas y huesos
El diseñador Joris Laarman se inspiró en la estructura de los huesos humanos para crear muebles más ligeros, resistentes y ergonómicos.
Utilizando algoritmos basados en el crecimiento de los huesos y de los árboles, Laarman ha diseñado sillas y sillones que no solo son funcionales, sino también estéticamente innovadores. Este principio también ha sido adoptado por empresas como Opel, que lo utiliza para desarrollar componentes más eficientes y livianos en sus vehículos.
20 Pez cofre y su influencia en el diseño de autos
El pez cofre, conocido por su extraordinaria aerodinámica, se convirtió en la inspiración para un coche biónico diseñado por Mercedes-Benz en 2005. Con un coeficiente de resistencia aerodinámica (Cw) de 0,19, el pez es uno de los animales más eficientes en cuanto a aerodinámica, lo que lo convierte en un modelo ideal para replicar en el diseño de vehículos.
El automóvil inspirado en este pez presentó una eficiencia, optimizando el consumo de combustible y reduciendo la resistencia al viento. No obstante, a pesar de la efectividad del diseño, el prototipo experimental del coche biónico fue descartado rápidamente, ya que su estética y forma no lograron atraer al gran público. El modelo, aunque innovador, terminó por salir de las salas de los diseñadores, siendo una pieza de experimentación tecnológica más que un futuro vehículo comercial.
Aunque la biomímesis ha mostrado un potencial impresionante para transformar diversas industrias, aún existen desafíos que deben ser superados para que su aplicación sea más generalizada. Uno de los principales es la falta de una infraestructura adecuada que apoye la transición hacia soluciones basadas en la naturaleza.
Además, hay quienes señalan que la biomímesis, aunque prometedora, no puede ser una solución única para todos los problemas. A menudo, imitar la naturaleza puede requerir ajustes y adaptaciones, ya que los sistemas humanos y naturales operan bajo principios muy distintos. Sin embargo, la idea central aún es válida: debemos mirar más atentamente a la naturaleza y aprender de sus estrategias para poder resolver nuestros propios problemas de manera más eficiente y sostenible.
