El hombre ha intentado siempre imitar los diseños de la naturaleza, ya que frecuentemente representan soluciones óptimas a muchos problemas (por ejemplo, las celdas hexagonales de las abejas son las que recubren el plano con un mínimo gasto de cera).
Antiguamente, muchos diseños de la naturaleza no se podían copiar, porque los seres vivos usan materiales de los que no disponemos o porque sus fuentes de energía son más eficientes que las nuestras (por ello fracasó el intento de volar como los pájaros). Los humanos hemos optado por los metales como base de muchas de nuestras estructuras que necesitan resistencia y rigidez, pero los organismos optan por materiales compuestos, construidos a escala nanométrica, que desempeñan mejor aún las funciones de los metales (por ejemplo, la seda de araña, formada por proteínas, es más fuerte que el acero). La reciente y efervescente disciplina de la nanotecnología está ya capacitada para construir algunos de estos materiales complejos, dotados de propiedades fantásticas.
Una aplicación para la que la ciencia de materiales está encontrando mucha inspiración en los seres vivos es la construcción de blindajes. Muchos animales han estado expuestos cientos de millones de años a depredadores de armas cada vez más formidables, y por ello han construido conchas y caparazones de sorprendentes capacidades mecánicas.
Los moluscos pueden enseñarnos mucho en este sentido. La oreja de mar, un caracol marino que come algas en sustratos rocosos, posee una concha nacarada muy fuerte, que está construida en un 95% de losetas de carbonato cálcico y en un 5% de una proteína adhesiva. La estructura altamente ordenada creada por el molusco es la más dura disposición de losetas teóricamente posible y se está estudiando copiar su diseño para armaduras antibalas.
La proteína adhesiva es lo bastante fuerte como para mantener juntas las distintas capas, pero lo bastante débil como para permitir que éstas se deslicen, absorbiendo la energía de un golpe fuerte. Estos animales rellenan rápidamente las fisuras que se forman en sus conchas debido a los impactos.
El robusto caparazón de otro caracol, Crysomallon squamiferum, que vive a 2.400 m de profundidad en fuentes termales submarinas, podría inspirar nuevos materiales para blindajes superresistentes. La delgada concha de esta especie tiene una estructura de tres capas y reúne una serie de características que la diferencian de las de otros gasterópodos. Cada capa está formada por distintos materiales que le proporcionan diversas ventajas. La parte externa está compuesta por partículas de sulfuro de hierro, la del medio es de material orgánico y la más interna es una capa calcificada. Estos materiales le permiten resistir la penetración y mitigan las fracturas si llegan a producirse.
Otro artista en aunar fuerza y ligereza es el tucán, cuyo pico a la vez largo y grueso llamó la atención de los científicos. El pico está optimizado en un grado asombroso para lograr alta resistencia y muy bajo peso. El secreto es un biocompuesto inusual. El interior del pico está formado por una “espuma” rígida, hecha de fibras óseas y membranas como las de un tambor, intercaladas entre las capas exteriores de queratina, la proteína que forma las uñas, el pelo y los cuernos. El biocompuesto del ave podría inspirar el diseño de aeronaves ultraligeras y de componentes para los vehículos, a partir de espumas sintéticas hechas con metales y polímeros.
Una manera de reducir el impacto ambiental podría ser el uso de piel de tiburón en los aviones. Los científicos constataron que estos peces nadan más rápido de lo que les permitiría la forma de su cuerpo y su fuerza impulsora. La clave a la incógnita se encuentra en unas líneas longitudinales muy delgadas en la piel del pez que canalizan la corriente en la capa de contacto, reduciendo la resistencia por fricción. La empresa americana 3M desarrolló Riblet, una película delgada provista de un fino perfil aserruchado similar al de los tiburones, con la que se cubrieron diversas partes de un avión de pasajeros. Durante un año se efectuaron ensayos de resistencia de la película, verificando que reducía la resistencia por fricción de un seis a un ocho por ciento. De manera que se podría lograr un ahorro importante de combustible en un avión de larga distancia provisto de esta piel de tiburón.
La industria de los adhesivos está viviendo una auténtica revolución gracias a los mejillones. Un mejillón resiste el duro embate del oleaje bien aferrado a su roca por medio de unos delgados filamentos que acaban en unas pequeñas placas adhesivas. Los materiales que usan están inspirando una nueva generación de pegamentos con un abanico enorme de aplicaciones potenciales.
A un mejillón le lleva sólo 5 minutos fabricar la placa adhesiva, y usa unas 20 ó más placas de este tipo para anclarse. En una noche puede quedar perfectamente estabilizado. La formación de la sustancia adherente utilizada por el mejillón requiere hierro, un metal que nunca anteriormente se había encontrado en una función biológica semejante.
Los bioadhesivos están casi todos basados en proteínas. Su aspecto inicial, antes de secarse, es el de una gelatina. Cuando se añade hierro, las proteínas se conectan entre sí y el material se endurece. Pueden así pegarse a casi cualquier superficie, incluido el Teflón, la sustancia que hace que no se adhieran los alimentos a las sartenes. Destaca sobre todo el mejillón verde (Perna viridis), una especie neozelandesa que frecuentemente se sirve en los restaurantes y que es conocida por su gran capacidad para adherirse a los cascos de los barcos.
Ahora, un estudio desvela en detalle su potente mecanismo adherente. Los adhesivos desarrollados anteriormente a partir de los de otros mejillones se basan en proteínas que contienen un aminoácido llamado Dopa, pero la química del mecanismo adhesivo del mejillón verde es mucho más compleja y está basada en una elaborada modificación del aminoácido triptófano en la proteína adhesiva. Esta proteína puede ayudar a formar fuertes uniones en superficies húmedas, como huesos y dientes, o para sellar grietas en los cascos de los barcos.
Indice del artículo
¿Qué relación tiene un crustáceo con el DVD?
Aparentemente ninguna, pero los ojos de los camarones mantis, o galeras, podrían inspirar la siguiente generación de DVDs y CDs. Y es que estos crustáceos poseen los sistemas de visión más complejos del reino animal, siendo capaces de ver en doce colores (los humanos ven sólo en tres) y pudiendo distinguir diferentes polarizaciones de la luz (la dirección de oscilación en las ondas de luz). Los científicos han imitado los ojos de las galeras para mejorar la óptica de polarización de varios dispositivos, como las láminas de ondas, que se usan para cambiar la polarización de la luz. Esto podría beneficiar a los futuros sistemas de almacenamiento de datos, como CDs y DVDs y proyectores de datos.
Comentarios