La biomímesis o cómo la naturaleza está cambiando la tecnología
Observar la naturaleza no es algo reservado a los soñadores ni a las ciencias naturales. No sólo se extrae de ella remedios curativos, fruta o verdura. La naturaleza ha sido desde siempre una inspiración para el ser humano. Muchas respuestas a nuestros problemas se han encontrado observando la fauna y la flora, estudiando su complejidad. El ser humano aprende imitando lo que ve en su entorno desde que nace. Así que estudiar la naturaleza como fuente de inspiración para desarrollar nuevas tecnologías parece lógico, así como descubrir nuevos procesos tanto mecánicos como químicos que nos ayuden en nuestro progreso como humanidad.
Esto es la biomímesis, una fusión entre biológica e ingeniería para encontrar soluciones a los problemas de nuestra sociedad. Muchas de estas soluciones forman parte de nuestra cotidianidad… lo más probable es que ni lo sepas. El ejemplo más común es el uso del velcro, esas cintas con púas flexibles con ganchos que por presión se enganchan en otra cinta con fibras enmarañadas con forma de bucles para permitir su agarre. Este invento, fechado en 1941 y descubierto por el ingeniero suizo Georges de Mestral, tiene su anécdota: las semillas de unos cardos se quedaban enganchadas a los pelos de su perro así como en los bajos de sus pantalones.
La naturaleza lleva millones de años de evolución, por lo que si existe un problema a buen seguro ya hay una respuesta a ella en la naturaleza. Basta con observar, analizar e imitarlo… como en el caso del kevlar que tiene su origen en la seda de las arañas que se forma a partir de una solución de cristal líquido; del mismo modo se sintetizaría el kevlar. El aerodinamismo de los trenes de alta velocidad procede de la forma de la cabeza de ciertas especies de patos. Los bañadores que reducen al máximo la fricción imitan la piel hidrofóbica del tiburón… las soluciones aportadas por millones de años de evolución suscitan el interés de los científicos en todo el mundo.
En el campo de las nuevas tecnologías, Daniel Morse de la Universidad de California logró mimetizar la sílice biogénica de las diatomeas, una clase de algas unicelulares microscópicas. Gracias a ello se podría producir componentes electrónicos de bajo consumo energético sin necesidad de usar materiales tóxicos como en la actualidad. En la industría del software se está usando las estrategias de selección natural para inspirar algoritmos genéticos. Hasta las pantallas de LED que no reflejan la luz solar se inspiran en las alas de las mariposas; gracias a ello conseguimos dispositivos más brillantes con un menor consumo de energía. Hay muchos más ejemplos, pero nos centraremos en tres fundamentales ya que bien podrían revolucionar el mundo tal y como lo conocemos.
El futuro de la nanotecnología está en la manipulación vírica
Los viruses son estructuras biológicas capaces de ensamblarse de forma estable, algo determinante en la nanotecnología. Esa manipulación de la materia a escala atómica y molecular ofrece un potencial enorme en el campo de la biología molecular e ingeniería. No sólo está revolucionando la ciencia sino nuestra visión de la sociedad, con aplicaciones en la medicina, la biotecnología, la industría aeroespacial o las telecomunicaciones. Entre los sueños de la nanotecnología se encuentra la erradicación de la polución en nuestro planeta, o de las enfermedades. El control de la materia a nivel molecular se inspira desde sus inicios en la naturaleza.
Puesto que el ser humano no puede operar a escala atómica, se inspira mediante la observación en la naturaleza de los viruses. El virus del mosaico del tabaco, o TMV, por ejemplo; infecta a las plantas de la familia solanaceae, especialmente la del tabaco. Tiene la forma de un pequeño tubo, por lo que ha sido objeto de estudio para la fabricación de nanocables y nanobloques de construcción en la producción de los electrodos en las baterías de litio. Al recubrir los electrodos con el virus se aumenta su conductividad y su capacidad de almacenamiento de energía… capacidad diez veces superior a la de una batería de litio clásica.
El futuro de la nanotecnología pasa por la manipulación genética de los viruses dado que en realidad son nanopartículas orgánicas. Significa esto que se creará nuevas variedades de viruses cuyo propósito sea su uso en los procesos de nanofabricación; eso sí, desprovisto de su material genético… son las llamadas nanopartículas de tipo viral. Esas partículas están siendo usadas en la creación de diversos nanomateriales con aplicaciones terapéuticas, de recubrimiento o catalizadores. ¿Está el futuro de la humanidad en peligro? Es una pregunta que podría plantearse a la gente profana en nanotecnología… ¿ya se están imaginando ejércitos de nanopartículas atacando vuestros vasos sanguíneos o le están dando vueltas a esto de la plaga gris?
Silk Leaf, hojas de seda biológica capaces de producir oxígeno
Inspirado en las plantas, es la primera hoja sintética capaz de producir oxígeno del mismo modo que lo hace una planta en la naturaleza. Lo hace convirtiendo el agua y el dióxido de carbono en oxígeno usando proteínas de seda para que la fotosíntesis obre su magia. Las hojas son matrices hechas de proteínas de seda y formadas por cloroplastos en suspensión; el resultado es el primer material fotosintético viviendo y respirando. Es 100% biológica, aunque desarrollada por el hombre. Su creador, Julian Melchiorri, ya ha creado lámparas para su casa para producir su propio oxígeno, pero su aplicación más prometedora está en los viajes espaciales.
Si bien las plantas crecen en gravedad cero, no lo hacen del mismo modo que en la tierra pues no está la gravedad para dirigir su crecimiento. De ahí que estas hojas podrían formar parte de la solución para la generación de oxígeno en viajes espaciales. En este caso se ha inspirado de la naturaleza para crear hojas capaces de generar oxígeno en un entorno artificial. Melchiorri dice que otra aplicación es la de filtro biológico para edificios. Ayudaría a crear sistemas de ventilación con aire oxigenado en el interior de los edificios. Pienso en las urbes cuyos niveles de polución son muy altos, se podrían cubrir fachadas con esas hojas para purificar el aire.
Es más, podría propulsarnos en la carrera por la colonización de Marte, creando las condiciones de vida necesarias al ser humano. Dado que esas hojas tienen un bajo consumo de agua y requieren de muy poca luz, serían capaces de realizar la fotosíntesis y crear oxígeno en el planeta rojo para su posterior colonización. Esas hojas no tendrían ningún problema al vivir en gravedad cero… podrían jugar un papel importante en las primeras oleadas de colonización espacial. Por otro lado, el estado de los bosques es preocupante con la desaparición de grandes superficies cada año. Puede que un día necesitemos suministrar por medios artificiales esa falta de oxigeno.
Bio-bots o robots dotados de músculos biológicos; biorobótica
Hablemos de robótica… la imagen que suele dibujarse en nuestra mente es la de un robot humanoide al estilo del ASIMO de Honda o esos de ciencia ficción. Pero existen muchos robots desarrollados buscando la inspiración en la fauna: robots con alas que imitan al comportamiento de los insectos, drones militares que imitan a halcones sin olvidar las arañas que han inspirado la creación de decenas de robots. Un día el hombre bionico será realidad a la par que los biorobots, resultados de la convergencia entre la biología y la ingeniería.
Pero ya es una realidad, aunque a una escala muy pequeña, como lo demuestran los bio-bots creados por un equipo de investigadores de la Universidad de Illinois, EEUU. Estamos en los inicios de un campo, la biorobótica, que podría crear una generación de robots propulsados por músculos biológicos mediante el uso de impulsos eléctricos. El hecho es que ya podemos aislar algunas de las señales eléctricas sinópticas que envía el cerebro humano para mover prótesis artificiales, de ahí que podemos estimular los bio-bots para que se muevan con estas mismas señales. Estos bio-bots imitan el funcionamiento del músculo con sus tendones y huesos.
Está claro que queda mucho camino por recorrer, es un paso casi insignificante en la bioróbotica pero las posibilidades son infinitas si las combinamos con la impresión 3D, desde la creación de robots biológicos hasta aplicaciones médicas y ambientales. Las células de los músculos están soportadas por una columna vertebral hecha de hidrogel impreso en 3D, de modo que el bio-bot puede doblarse como si se tratará de una articulación. Esas obras de ingenieras biológicas podrían convertirse en bio-prótesis e implantes inteligentes.