Tecnologías del futuro 6 min
Materiales bioinspirados: una nueva vida para los polímeros
A pesar de no ser algo nuevo, la ciencia de la biomimética, que toma a la naturaleza como fuente de inspiración, ha recibido últimamente un nuevo impulso gracias a los polímeros que, una vez más, demuestran una increíble capacidad de adaptación.
Materiales bioinspirados: una nueva vida para los polímeros
Materiales bioinspirados: una nueva vida para los polímeros

Los polímeros se incorporan a la mecánica

Nailon, el predecesor de la biomimética moderna

Biomimética... los pesimistas podrían afirmar que no hay nada nuevo bajo el sol. ¿Acaso no aplicó ya ese mismo principio Leonardo da Vinci cuando diseñó un tanque inspirándose directamente en el caparazón de la tortuga, o máquinas voladoras basadas en los principios biomecánicos de las alas del murciélago? Es cierto que este principio ya se usó anteriormente, pero la biomimética no se limita a aplicaciones mecánicas, sino que también abarca aplicaciones químicas y se basa en los avances técnicos del sector, especialmente en aquellos relacionados con los polímeros. La invención del velcro es un perfecto ejemplo de ello. La historia es ya bien conocida: en 1941, mientras daba un paseo por el bosque, el ingeniero suizo Georges de Mestral se fijó en lo mucho que costaban de quitar las flores de bardana que se habían adherido a su ropa. En lugar de enojarse, las observó en un microscopio y descubrió que las flores tenían unos ganchos diminutos que eran lo bastante elásticos como para agarrarse a las fibras del tejido. Entonces tuvo la idea de reproducir las flores de forma artificial, con la intención de ofrecer una alternativa a la cremallera. Con la ayuda de un industrial desarrolló un sistema compuesto por dos bandas del recientemente desarrollado nailon (una poliamida), una de las cuales presentaba unos microlazos y la otra microganchos. La patente se presentó en 1951 y el invento recibió el nombre de Velcro, una combinación de las palabras francesas «velours» (terciopelo) y «crochet» (gancho). El éxito fue inmediato. No obstante, Georges de Mestral desconocía por completo que, a la vez, acababa de inventar la biomimética.

bioinspirés velcro

Los materiales compuestos tienen buen olfato

Nez shinkansenLa naturaleza es afortunada, pues ha tenido millones de años para adaptarse a su entorno. Algunas especies han sido capaces de perfeccionar su morfología para aumentar su aerodinamismo o hidrodinamismo. El hombre no tiene más que observar para hallar la inspiración. ¿No se asemejaba el Concorde a una grulla en pleno vuelo? A veces, la observación puede no ser tan inmediata. Este fue el caso de los ingenieros japoneses que diseñaron el Shinkansen, el tren de alta velocidad que alcanza velocidades de hasta 300 km/h. Los ingenieros se enfrentaron con un problema: cada vez que entraba en un túnel, el tren comprimía el aire a su alrededor, que luego, unas décimas de segundo más tarde, se expandía. Este fenómeno físico frenaba el tren y generaba un fuerte sonido de explosión muy superior a los valores establecidos para garantizar el confort de los pasajeros. Convencidos de que la naturaleza poseía la solución a su problema, empezaron a estudiar a varios animales que podrían haberse enfrentado a la misma problemática. Finalmente, parecía que el martín pescador podía tener la solución. Este pájaro es capaz de zambullirse en el agua sin perder velocidad y sin generar perturbaciones en el agua. Esta es la razón por la que la nariz del tren tiene una forma tan peculiar: está inspirada directamente en el pico del martín pescador. La nariz está fabricada con una estructura compuesta por una resina epoxi y una mezcla de fibra de vidrio y carbono. El proceso ha sido perfeccionado y actualmente se utiliza para la producción a nivel industrial de piezas extremadamente complejas.

Baches para maniobras más suaves

Existen otros muchos ejemplos similares al del tren japonés. Algunos de ellos son tan sorprendentes que verdaderamente uno se pregunta qué estaría pasando por la mente de los ingenieros en ese momento. La mayoría de nosotros no seríamos capaces de ver de forma inmediata la relación, por ejemplo, entre una turbina y una ballena. Aún así, el concepto de una turbina eólica con protuberancias fue desarrollado nada menos que en la prestigiosa Universidad de Harvard, en los Estados Unidos. Las ballenas jorobadas han intrigado a los investigadores durante muchos años. Numerosos biólogos se preguntaban cómo podía este misterioso animal ser tan ágil a pesar de su enorme peso. Los investigadores de Harvard se fijaron en la peculiar forma de las aletas de estas ballenas, en especial en las protuberancias que presentan en los bordes delanteros, y desarrollaron un modelo matemático basado en esta característica. Los resultados fueron muy claros: las protuberancias tienen unas propiedades aerodinámicas extraordinarias que confieren la agilidad a estas criaturas. El descubrimiento inspiró a un fabricante de turbinas canadiense que decidió ensayar un nuevo tipo de pala con protuberancias que evocasen las de las aletas de las ballenas. La idea resultó ser excelente, puesto que el invento ayudó a reducir el ruido, mejorar la estabilidad y «capturar» más energía eólica. Gracias a su estabilidad mejorada, la pala está sujeta a menos estrés y puede ser más ligera, usando para su fabricación materiales compuestos formados por una combinación de fibra de vidrio, fibra de carbono, resina poliéster y resina epoxi.

Un pequeño picotazo para evitar un gran impacto

¿Son eficaces los cascos para motocicleta? Lo son, si cumplen la normativa vigente. Tienen que pasar varios ensayos, de los cuales el más significativo consiste en dejar caer el casco sobre un cilindro de acero desde una altura de 15 metros, lo que corresponde al impacto contra un poste a 100 km/h. Sin embargo, si el mismo casco tuviera que resistir la presión que soporta un pájaro carpintero (un pájaro que excava agujeros de 10 cm en los árboles para encontrar su comida y que puede realizar hasta 10 000 picoteos al día), el casco indudablemente se desharía, a pesar de elevado grado de robustez del policarbonato usado para fabricarlo. Con cada picotazo, la cabeza del pájaro carpintero está sometida a una cantidad de presión que resultaría letal para cualquier ser humano, incluso llevando un casco. El pájaro tiene unos cuantos ases en la manga: su pico, extremadamente duro, reposa sobre un cojín absorbente y otra capa elástica se extiende desde la base de la lengua y envuelve un cráneo especialmente duro.

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Pic-epeicheFinalmente, una capa de hueso esponjoso envuelve el cerebro. El ingeniero inglés James Powell ha diseñado un casco inspirado en el pájaro carpintero. Al igual que el pájaro, tiene cuatro capas: la primera está hecha de fibra de carbono y proporciona rigidez, la segunda es la tradicional espuma de poliuretano y aporta capacidad de absorber, la tercera está hecha de fibra de vidrio, que es esponjosa como el hueso y evita que la onda de choque se propague hacia el centro (el cerebro) y, finalmente, hay unas microesferas inyectadas entre las dos primeras capas que emulan el hueso del cráneo. Las simulaciones por ordenador parecen concluyentes. Ahora solo falta encontrar a un fabricante interesado en el proyecto.

 

La libélula supera a la jirafa

180228La pérdida del conocimiento inducida por la fuerza de la gravedad (G-LOC, por sus siglas en inglés) es un fenómeno que designa la pérdida de conocimiento que pueden sufrir los pilotos por estar sometidos a una fuerza de gravedad excesiva de forma prolongada. Durante los virajes bruscos, los pilotos están sujetos a fuerzas que exceden hasta diez veces su propio peso (es decir, 10 g*). ¡Eso es una barbaridad! Los órganos pueden desplazarse hasta quince centímetros y la sangre se acumula al final de las extremidades. El cerebro recibe menos irrigación y es cuando empieza el desmayo o «G-LOC» en la jerga de los pilotos. En los años 60, se encontró una solución al problema mediante la creación de trajes antigravedad, un invento inspirado directamente en el funcionamiento del cuello de una jirafa. Para poder irrigar su cerebro, la presión sanguínea de una jirafa es dos veces más alta que la del hombre. Por eso, cuando la jirafa se inclinara para beber, la presión sanguínea en su cerebro sería tan elevada que perdería el conocimiento. No obstante, eso no sucede, gracias a que su cuello está plagado de una serie de pequeños músculos que se contraen para controlar el flujo sanguíneo. Este principio se aplicó en los años 50 para desarrollar trajes especiales para los pilotos, que estaban provistos de pequeños cojines inflables, inicialmente fabricados en caucho y posteriormente en vinilo. Sin embargo, este método resultó insuficiente con la aparición de una nueva generación de aeronaves capaces de someter al piloto a presiones superiores a 10 g.

libéllule

Otro animal, en este caso la libélula, inspiró los nuevos trajes. La libélula parece ser inmune a los efectos de la aceleración. Una libélula puede soportar fácilmente una presión de 30 g cuando realiza cambios repentinos de dirección. ¿Cuál es su secreto? No tienen venas ni arterias y la sangre fluye libremente por todo su cuerpo; el corazón, que también se encuentra flotando en el líquido, impulsa su circulación. La sangre actúa como una especie de acolchado líquido. Los trajes de vuelo modernos están rellenos de dos litros de agua que circula libremente y que, en situaciones de gravedad elevada, comprime de forma automática las extremidades inferiores del cuerpo. Los materiales usados para su fabricación se mantienen en extremo secreto. Lo único que se sabe con seguridad es que incluyen fibras de polímeros, puesto que los trajes tienen que ser a la vez flexibles y estancos.

* Una g («g» denota gravedad) es una unidad de aceleración que corresponde aproximadamente a la aceleración de la gravedad en la superficie terrestre.

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