Inspiraci¨®n animal

La naturaleza es fuente de inspiraci¨®n inagotable para la ingenier¨ªa desde hace siglos. Leonardo da Vinci bas¨® sus extraordinarias m¨¢quinas voladoras en la estructura y los movimientos de p¨¢jaros y murci¨¦lagos, y el franc¨¦s Gustave Eiffel copi¨® del f¨¦mur humano las curvaturas de su famosa torre. M¨¢s recientemente, los dise?adores del tren bala japon¨¦s han buscado soluciones a su impacto ac¨²stico en las plumas aserradas de los b¨²hos, que hacen de ellos las m¨¢s silenciosas de las aves. Incluso las termiteras y su sistema de ventilaci¨®n han servido de modelo a los arquitectos de Zimbabue para climatizar el mayor centro comercial del pa¨ªs africano.

Esa costumbre del copiado se ha visto revolucionada con la llegada de la biomimicry o biom¨ªmesis, la disciplina que aprovecha los dise?os obtenidos por la madre natura tras millones de a?os de "ensayo y error" en adaptaciones evolutivas. No se trata, aclaran sus promotores, de calcar ¨ªntegramente un modelo natural adaptado a un entorno particular, sino de escoger aquellas partes que puedan servir a una finalidad concreta. Un ejemplo cl¨¢sico lo proporciona el velcro: el tejido sint¨¦tico imita los diminutos garfios con los que los cardos se adhieren a la pelambre de los animales.

La diferencia entre la imitaci¨®n a la vieja usanza y la biom¨ªmesis salta a la vista en la aviaci¨®n. Como nos recuerda la leyenda de ?caro, los p¨¢jaros han sido el modelo de quienes quer¨ªan volar (dif¨ªcilmente las otras criaturas voladoras, los insectos, fascinen tanto como la ascensi¨®n del ¨¢guila o el picado del halc¨®n). Lo segu¨ªan siendo en 1903, cuando el planeo del buitre indujo a los hermanos Wright a construir el primer avi¨®n tripulado. El af¨¢n imitativo hizo que las aeronaves tuviesen alas y cola, y ruedas en remedo de las patas de los p¨¢jaros. Hoy, el ideal de un avi¨®n que navegue eficaz y elegantemente como un ave contin¨²a siendo un acicate para la ingenier¨ªa aeron¨¢utica.

Pero la imitaci¨®n total no garantiza el ¨¦xito, como se deduce del malogrado ornit¨®ptero, la m¨¢quina concebida para volar batiendo las alas. Los p¨¢jaros se desplazan de forma compleja, y reproducir mec¨¢nicamente su aleteo y sus movimientos en despegue, giro, remonte, suspensi¨®n y aterrizaje representa un horizonte t¨¦cnico actualmente inalcanzable. Por esa limitaci¨®n, los ornit¨®pteros ¨²nicamente han conseguido surcar los cielos de la ciencia-ficci¨®n, tal como ocurre en Dune, la trilog¨ªa del novelista Frank Herbert, en donde cumplen funciones de transporte militar.

La biom¨ªmesis procede de otra manera, fij¨¢ndose metas puntuales como, por citar un caso, copiar el poder de metamorfosis de las alas de p¨¢jaro. "Las alas r¨ªgidas no son lo mejor para cada fase de vuelo", advierte George Lesieutre, ingeniero aeron¨¢utico de la Universidad Estatal de Pensilvania. Volar a alta velocidad requiere alas peque?as en forma de flecha, mientras a baja velocidad son m¨¢s convenientes largas y estrechas. Las aves se adaptan a esas condiciones mediante sutiles variaciones en el contorno de sus alas. De hacer lo mismo, los aviones "ver¨ªan reducirse la resistencia del aire junto con su consumo de combustible", dice Lesieutre.

?C¨®mo consigue la ingenier¨ªa lo que los p¨¢jaros obtienen alterando la disposici¨®n de sus huesos y plumas? Los Wright se val¨ªan de cables para tirar manualmente de la punta de las alas y doblarlas en los giros. Las versiones actuales son m¨¢s sofisticadas: v¨¦ase el cazabombardero F/A-18, con alas capaces de torcerse de modo controlado, en el marco de un programa experimental promovido por la firma Boeing y la NASA. El truco radica en las aletas del borde de su ala, divididas en piezas separadas. El gestor del programa, Jim Guffey, lo califica de "primer paso hacia un avi¨®n mutante con una superficie continuamente flexible", vers¨¢til, capaz de adaptar su forma a cualquier velocidad y altura. Cuando se alcance ese objetivo -posiblemente por la incorporaci¨®n de materiales inteligentes con memoria de forma-, la aviaci¨®n entrar¨¢ en una nueva era.

Mucho antes que las aves, los insectos fueron las primeras criaturas terrestres en ganar el aire; de ah¨ª que en aerodin¨¢mica haya mucho que aprender de ellos. El conocimiento exacto de sus dispositivos de vuelo est¨¢ por fin saliendo a la luz. Tal es el caso del movimiento empleado por las lib¨¦lulas para enga?ar a sus presas haci¨¦ndolas creer que se encuentran inm¨®viles en el aire; un ardid que investigadores australianos han desentra?ado con la idea de aplicarlo a los aviones camuflados y las aeronaves sin piloto.

Por el contrario, de la t¨¢ctica defensiva del escarabajo bombardero podr¨ªan derivarse aplicaciones pac¨ªficas. El insecto lanza a sus enemigos un chorro de l¨ªquido hirviendo a alta presi¨®n gracias a su min¨²scula c¨¢mara de combusti¨®n de alto rendimiento. Mediante esa t¨¦cnica de ignici¨®n, los cient¨ªficos de la Universidad de Leeds (Reino Unido) esperan resolver un formidable reto: reencender una turbina de aviaci¨®n que se ha apagado cuando la temperatura exterior ronda los 50 grados bajo cero. Copiando al cole¨®ptero, quieren provocar el encendido inyectando chorros de plasma en el motor.

La avidez por arrancar a los insectos el secreto de sus acrobacias a¨¦reas ha llevado a los expertos a realizar haza?as experimentales como atar moscas y mariposas, y fotografiar sus alitas con c¨¢maras ultrarr¨¢pidas en el interior de t¨²neles de viento. Por ese m¨¦todo, el zo¨®logo Adrian Thomas, de la Universidad de Oxford (Reino Unido), identific¨® seis maneras diferentes de aleteo y rotaci¨®n de sus alas membranosas, y descubri¨® que los lepid¨®pteros alternan una y otra sin esfuerzos y con gran eficiencia, creando a veces remolinos deliberadamente para mejorar su sustentaci¨®n. "Su revoloteo no es err¨¢tico ni azaroso", dice Thomas en un art¨ªculo publicado en Nature, "sino que resulta del dominio de una amplia gama de mecanismos aerodin¨¢micos".

Comprender los entresijos del vuelo a escalas diminutas resulta indispensable con vistas al dise?o de microveh¨ªculos voladores, pues s¨®lo imitando a los insectos podr¨¢n mantenerse en el aire con soltura. Thomas vaticina que "en un lapso breve seremos capaces de construir un aparato con alas de 10 cent¨ªmetros de largo, aut¨®nomo o controlado". Una perspectiva potencialmente interesante para las fuerzas de seguridad, "ya que si colocan una c¨¢mara a tales dispositivos podr¨¢n enviarlos a cuevas u otros peque?os espacios en misi¨®n de reconocimiento". De todos modos, y aunque la miniaturizaci¨®n avanza a toda prisa, los ingenieros reconocen que a¨²n les queda mucho por aprender de la agilidad, capacidad de aterrizaje y despegue corto de los insectos.

Otro campo en el que la biom¨ªmesis est¨¢ dando resultados palpables es el de la rob¨®tica. Aqu¨ª, el modelo tradicional, el ser humano, ha cedido su lugar a las nuevas musas de los ingenieros: cucarachas, gusanos, ara?as? En consecuencia, los robots est¨¢n pasando de tener dos patas a contar con cuatro y seis, al estilo de los bichos que trepan y se arrastran. "El cambio de orientaci¨®n se produjo en los a?os ochenta, al calor del concepto 'lo peque?o es hermoso', y se abandonaron los robots voluminosos a favor de los peque?os, m¨¢s especializados, polivalentes y que operan cooperativamente", explica Alicia Casals, catedr¨¢tica de tecnolog¨ªa de computadores de la Universidad Polit¨¦cnica de Catalu?a.

La demanda de aut¨®matas diestros en subir paredes y corretear por terrenos impracticables impuls¨® el estudio de la mec¨¢nica de las extremidades de animales adaptados a cualquiera de los nichos en los que siempre se ha querido enviar robots; es decir, han analizado c¨®mo corren y saltan las cucarachas, c¨®mo andan los gecos por paredes y techos, y c¨®mo reptan las serpientes.

El fruto de lo aprendido lo tenemos en Rhex, el robot inventado por los cerebros del Pent¨¢gono. A este aut¨®mata -apto para desplazarse por la arena, la vegetaci¨®n o las v¨ªas del tren- le pondr¨¢n patas similares a las del geco para aumentar su movilidad y utilizarlo en la lucha antiterrorista. Con miras m¨¢s humanitarias, un equipo de la Universidad Carnegie Mellon (EE UU) prepara robots sin patas basados en ofidios y trompas de elefante, concebidos para buscar supervivientes entre los escombros o inspeccionar tanques subterr¨¢neos. Y a la lista habr¨ªa que agregar la ciberpulga, la chinche artificial y dem¨¢s espec¨ªmenes de la fauna electromec¨¢nica.

Una vez m¨¢s, la ciencia y la t¨¦cnica vuelven a recurrir a las soluciones de la ingenier¨ªa natural, reconociendo con ese gesto que no pueden igualar los ingeniosos dise?os y la eficacia de los sistemas que abundan en el mundo animal. "Si hay algo en que la selecci¨®n natural sea buena es en eliminar las soluciones poco s¨®lidas", reflexiona el entom¨®logo Francis Rantnieks, de la Universidad de Sheffield (Reino Unido). No en vano, la naturaleza viene haciendo investigaci¨®n y desarrollo desde hace casi 4.000 millones de a?os. Lo cual representa un argumento m¨¢s -y muy contundente- a favor de la preservaci¨®n de los millones de especies vivientes y sus cualidades dignas de imitaci¨®n. "Los animales nos seguir¨¢n aportando modelos fundamentales tanto en su estructura como en su reacci¨®n al entorno", prev¨¦ Alicia Casals. Pese a todos los avances logrados en bioinspiraci¨®n, apenas hemos ara?ado su potencial, se?ala la catedr¨¢tica de la Polit¨¦cnica. Pone un ejemplo: "Las antenas de los insectos, un extraordinario instrumento biol¨®gico que estamos todav¨ªa lejos de imitar".