Aprendemos de los diseños naturales

“Muchos de nuestros mejores inventos imitan características de otros seres vivos, o ya eran utilizados por estos.”—Phil Gates, Wild Technology (Tecnología natural).

COMO se indicó en el artículo anterior, la finalidad de la biomimética es obtener materiales y máquinas más complejos imitando a la naturaleza, la cual elabora de forma limpia productos que por lo general son resistentes, ligeros y sumamente fuertes.

Por ejemplo, si tomamos como base la misma unidad de medida, el hueso es más fuerte que el acero. ¿En dónde reside el secreto? En parte, en la magnífica ingeniería de su forma. Pero las razones primordiales se remontan a un nivel más profundo: el molecular. “El éxito de los organismos vivos estriba en el diseño y ensamblado de sus componentes más pequeños”, explica Gates. Gracias al examen microscópico de estas partes ínfimas, los científicos han aislado las sustancias que aportan a los productos naturales (trátese del hueso o de la seda) su envidiable fortaleza y levedad. Han descubierto que estas sustancias son variedades de materiales compuestos naturales.

El milagro de los materiales compuestos

Los materiales compuestos son amalgamas sólidas, constituidas por dos o más sustancias, que superan por sus propiedades a los ingredientes originales. Tomemos como ejemplo la fibra de vidrio, que se emplea comúnmente en cascos de embarcaciones, cañas de pescar, arcos, flechas y otros artículos deportivos. * Para elaborarla se introducen finos filamentos de vidrio en una matriz de plástico (llamado polímero) de consistencia líquida o gelatinosa. Al endurecerse el polímero, se obtiene un producto ligero, fuerte y flexible. Cuando se varían el tipo de fibra y la matriz, se diversifica enormemente la cantidad de materiales compuestos obtenibles. Por supuesto, los sintéticos son toscos en comparación con los naturales que se hallan en el hombre, los animales y las plantas.

En vez de fibras de vidrio o de carbono, en el hombre y en los animales se encuentra una proteína fibrosa: el colágeno. Esta es la base de los materiales compuestos que aportan fortaleza a la piel, los intestinos, los cartílagos, los tendones,  los huesos y los dientes (con la excepción del esmalte). * Cierta obra señala que “entre los materiales compuestos estructurales más avanzados que conocemos” figuran los elaborados a partir del colágeno.

Tomemos como ejemplo los tendones, que conectan los músculos a los huesos. Son extraordinarios, no solo por la resistencia de sus fibras basadas en el colágeno, sino por su magistral entrelazamiento. En su libro Biomimicry (Biomimetismo), Janine Benyus escribe que el tendón trenzado “es casi increíble por su precisión en múltiples niveles. El tendón del antebrazo es un haz retorcido de cables, como los de un puente colgante. A su vez, cada cable es un haz retorcido de cordones, y cada cordón, un haz retorcido de moléculas formadas (¡cómo no!) por haces helicoidales de átomos. Vez tras vez se despliega belleza matemática”. La autora agrega que revelan “magnífica ingeniería”. ¿Extraña acaso que haya científicos que afirmen inspirarse  en los diseños de la naturaleza? (Compárese con Job 40:15, 17.)

Como ya se ha indicado, los materiales compuestos de origen sintético palidecen en comparación con los naturales. Con todo, son productos magníficos, que figuran entre los diez logros más destacados de la ingeniería de los últimos veinticinco años. Por ejemplo, los que se basan en fibras de grafito o de carbono han conducido a nuevas generaciones de piezas de aviones y naves espaciales, artículos deportivos, automóviles de Fórmula 1, yates y miembros ortopédicos ligeros, por citar unos pocos de un inventario en constante crecimiento.

Una prodigiosa grasa multifuncional

Aunque los delfines y las ballenas lo ignoren, su cuerpo está revestido de un tejido maravilloso, una grasa denominada esperma. “Probablemente sea el material más multifuncional que conocemos”, señala el libro Biomimetics: Design and Processing of Materials. Al explicar la razón, agrega que esta sustancia es un magnífico flotador que ayuda a las ballenas a salir a la superficie para tomar aire. Además, brinda a estos mamíferos de sangre caliente un excelente aislamiento contra el frío oceánico. Por si fuera poco, constituye la mejor reserva nutritiva para viajes migratorios en los que no disponen de comida por miles de kilómetros. En efecto, un gramo de grasa aporta el doble o triple de energía que las proteínas y el azúcar.

“El esperma es también un material de elasticidad semejante a la goma —señala la citada obra—. Según el cálculo más preciso de que disponemos, la aceleración causada por el retroceso elástico del esperma que se comprime y estira con cada coletazo pudiera ahorrar hasta un 20% de la energía consumida en la locomoción durante las fases prolongadas en las que nada sin detenerse.”

Pese a que el ser humano utiliza esta grasa desde hace siglos, ha sido en los últimos años cuando ha comprendido que aproximadamente la mitad de su volumen consta de un complejo entramado de fibras de colágeno que envuelve al animal. Aunque los científicos aún tratan de entender el funcionamiento de este material, creen que han descubierto otro producto milagroso que tendría muchas aplicaciones útiles si se elaborara sintéticamente.

Esta maravilla de la ingeniería tiene ocho patas

En los últimos años los científicos han observado con detenimiento a la araña. Ansían comprender cómo fabrica su hilo, otro material compuesto. Es cierto que hay una amplia gama de insectos que producen hilos, pero el de la araña es especial. Constituye uno de los materiales más resistentes del planeta, una “sustancia de ensueño”, según cierto escritor de temas científicos. Es tan singular que la lista de sus asombrosas propiedades parece increíble.

¿Por qué recurren los estudiosos a los superlativos para referirse a la seda de araña? Además de ser cinco veces más  fuerte que el acero, es sumamente elástica, combinación nada frecuente en los materiales. Se estira un 30% más que el nailon más elástico. Sin embargo, no rebota como un trampolín, de modo que lance al aire las presas de la araña. “A escala humana —señala la revista Science News—, una telaraña parecida a una red de pescar podría atrapar un avión de pasajeros.”

Si lográsemos imitar la prodigiosa química de la araña —hay dos especies que producen siete variedades de hilo—, imagínese todos los usos que podríamos darle al nuevo material: modelos perfeccionados de cinturones de seguridad, así como suturas, ligamentos artificiales, cables livianos y telas a prueba de balas, por citar algunas posibilidades. Los científicos también procuran descubrir cómo logra la araña elaborar su seda con tanta eficiencia y sin emplear productos tóxicos.

Las cajas de cambios y los reactores de la naturaleza

Las cajas de cambios y los reactores mantienen al mundo en movimiento. Pero ¿sabía el lector que la naturaleza también nos supera en estos diseños? Examinemos la caja de cambios. Este dispositivo permite modificar la marcha del vehículo para utilizar el motor del modo más eficiente. La caja de cambios natural hace lo mismo, pero no conecta el motor con las ruedas, sino unas alas con otras. ¿Dónde se encuentra? En la mosca común, que tiene conectada a sus alas una caja que le permite cambiar a una de tres velocidades en pleno vuelo.

 El calamar, el pulpo y el nautilo se mueven por el agua gracias a la propulsión a chorro. Estos reactores son la envidia de los científicos, pues están constituidos por órganos blandos irrompibles, resistentes a las profundidades, silenciosos y eficientes. De hecho, el calamar alcanza una velocidad de hasta 32 kilómetros por hora cuando huye de sus predadores, “y a veces llega a saltar fuera del agua y caer en la cubierta de algún barco”, señala el libro Wild Technology.

Efectivamente, basta con reflexionar unos minutos sobre el mundo natural para sentirse embargado por el asombro y la gratitud. La naturaleza es todo un enigma que no deja de suscitar preguntas. ¿Qué prodigios químicos encienden la luz brillante y fría de las luciérnagas y de ciertas algas? Después de pasar todo el invierno congelados, ¿cómo logran diversos peces y ranas del Ártico volver a la actividad cuando se descongelan? ¿Cómo consiguen las ballenas y las focas permanecer bajo el agua durante largos períodos sin aparato respiratorio, así como sumergirse vez tras vez a grandes profundidades sin sufrir de la enfermedad por descompresión? ¿Cómo cambian de color el camaleón y la jibia para camuflarse? ¿Cómo es posible que cierto colibrí cruce el golfo de México con tres gramos escasos de combustible? La lista de preguntas parece interminable.

Ciertamente, el ser humano no puede menos que observar atónito. Los estudiosos le cobran a la naturaleza un respeto “que raya en la reverencia”, señala el libro Biomimicry.

El Diseñador de los diseños

Michael Behe, profesor adjunto de Bioquímica, señaló que un resultado de  los últimos descubrimientos sobre el interior de la célula “es un alegato contundente, claro y resonante a favor de que hubo diseño”. Añadió que este resultado de los estudios de la célula “es tan inequívoco y significativo que debe catalogarse como uno de los grandes logros de la historia de la ciencia”.

Es comprensible que los claros indicios de la existencia de un Diseñador planteen problemas a quienes defienden la evolución, pues esta teoría no logra dar cuenta del complejo diseño de los seres vivos, particularmente en los niveles celular y molecular. “Existen razones de peso —indica Behe— para pensar que nunca se hallará una explicación darviniana de los mecanismos de la vida.”

En la época de Darwin se creía que la célula, el fundamento de la vida, era sencilla, y la teoría evolucionista se elaboró en aquella era de relativa ignorancia. Pero la ciencia ha superado esa etapa. La biología molecular y la biomimética han demostrado fehacientemente que la célula es un sistema complejísimo que contiene multitud de diseños de exquisita perfección, al lado de los cuales el funcionamiento de las máquinas ultramodernas parece un juego de niños.

Como indica Behe, los magníficos diseños nos llevan a la conclusión lógica de que “un agente inteligente diseñó la vida”. ¿No es razonable inferir que este Agente también tiene un propósito, en el que están incluidos los seres humanos? Si así es, ¿cuál es dicho propósito? ¿Y cómo podemos aumentar nuestros conocimientos sobre el propio Diseñador? El siguiente artículo analizará estas cuestiones trascendentales.

[Notas]

[Recuadro de la página 5]

Se perfeccionan los paneles solares gracias a una mosca extinta

Durante su visita a cierto museo —explica la revista New Scientist—, un científico examinó imágenes de una mosca extinta conservada en ámbar. Al observar en los ojos del insecto una serie de retículos, elaboró la hipótesis de que podrían haber contribuido a la captación de más luz, sobre todo en ángulos muy oblicuos. En unión con otros investigadores, emprendió experimentos que corroboraron su premonición.

Pronto hubo estudiosos que organizaron pruebas encaminadas a grabar el mismo modelo de retículos en el cristal de los paneles solares. Con este sistema esperan incrementar la energía producida por los paneles y tal vez eliminar la necesidad de los costosos equipos de seguimiento utilizados para orientar los paneles hacia el sol. La mejora en dichos paneles pudiera traducirse en un ahorro sustancial de combustibles fósiles, con la consiguiente reducción de la contaminación. Sin duda, un útil objetivo. Es patente que semejantes descubrimientos nos permiten apreciar mejor que la naturaleza es todo un filón de diseños magistrales, a la espera de que se descubran, analicen y, al grado posible, imiten con fines provechosos.

[Recuadro de la página 6]

Honra a quien honra merece

En 1957, el ingeniero suizo George de Mestral reparó en que los pequeños abrojos que se adherían con tenacidad a su ropa estaban cubiertos de ganchitos. Al estudiar aquellos frutos y sus diminutos ganchos, se le encendió la creatividad y dedicó los siguientes ocho años a elaborar un equivalente sintético. Su invento cautivó inmediatamente al mundo, y hoy recibe un nombre muy familiar: velcro.

Imaginémonos cómo se habría sentido el señor de Mestral si al público se le hubiese dicho que el velcro no lo había diseñado nadie, que no era más que el resultado de una cadena de miles de accidentes ocurridos dentro de un taller. Es obvio que la justicia exige dar honra a quien honra merece. Con este fin, los inventores de este mundo recurren a las patentes. En efecto, parece lógico que los seres humanos reciban reconocimientos, compensaciones económicas y hasta elogios por sus creaciones, que suelen ser imitaciones de inferior calidad de diseños del mundo natural. Entonces, ¿no debería nuestro sabio Creador recibir la honra por sus originales perfectos?

[Ilustración de la página 5]

El hueso es más fuerte que el acero

[Reconocimiento]

Anatomie du gladiateur combattant...., Paris (1812) Jean-Galbert Salvage

[Ilustración de la página 7]

El esperma aporta a la ballena flotabilidad, aislamiento y reservas alimenticias

[Reconocimiento]

© Dave B. Fleetham/Visuals Unlimited

[Ilustración de la página 7]

Las balas rebotan en el cuero de cocodrilos y caimanes

[Ilustración de la página 7]

Aunque el hilo de araña quintuplica la resistencia del acero, es muy elástico

[Ilustración de la página 8]

Densos huesos amortiguadores protegen el cerebro del pájaro carpintero

[Ilustración de la página 8]

El camaleón se camufla cambiando de color

[Ilustración de la página 8]

El nautilo tiene cámaras especiales para regular su flotabilidad

[Ilustración de la página 9]

El colibrí de garganta de rubí recorre 1.000 kilómetros con tres gramos escasos de combustible

[Ilustración de la página 9]

El calamar emplea la propulsión a chorro

[Ilustración de la página 9]

La fría luz de las luciérnagas brilla gracias a prodigios químicos

[Reconocimiento]

© Jeff J. Daly/Visuals Unlimited