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La naturaleza ha inspirado una amplia gama de productos de ingeniería
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Cambio climático y medioambiente
La humanidad se enfrenta a retos técnicos sin precedentes para sobrevivir. Las soluciones a estos desafíos están por descubrir en plantas, animales y microbios, pero podrían perderse para siempre si no preservamos la rica diversidad de la vida en la Tierra.
Con la Conferencia de la ONU Sobre Biodiversidad (COP15) concluyendo el 19 de diciembre analizaremos algunas de las formas en que la humanidad depende de la diversidad biológica para mantener un ecosistema global sano y próspero.
Cuando una especie se extingue, se lleva consigo todas las características físicas, químicas, biológicas y de comportamiento que se seleccionaron para ella, después de someterse a innumerables experimentos evolutivos a lo largo de miles, y quizá millones, de años.
Entre ellos figuran los mecanismos de calefacción, refrigeración y ventilación; la capacidad de desplazarse con mayor eficacia y eficiencia por el agua o el aire; la producción y el almacenamiento de energía; la fabricación de los materiales más resistentes, ligeros, biodegradables y reciclables; y muchas otras funciones esenciales para la vida.
El valor de la naturaleza no se limita a las funciones humanas, sino que la pérdida de naturaleza y biodiversidad representa también grandes pérdidas para el potencial humano.
A continuación, algunos ejemplos de cómo la naturaleza ha inspirado soluciones de ingeniería.
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El vuelo de la libélula adaptado a la energía eólica
Inspirándose en la eficiencia energética de las alas de las libélulas, sobre todo a bajas velocidades de viento, el profesor Akira Obata, de la Universidad Nippon Bunri de Japón, diseñó palas onduladas para microturbinas eólicas que rotan y generan electricidad, con velocidades de viento muy bajas como los 3 km/h.
La mayoría de las turbinas eólicas no funcionan bien cuando la velocidad es inferior a 10 km/h; algunas ni siquiera giran. Al reducir los niveles mínimos de velocidad del viento, estas microturbinas pueden aprovechar la energía eólica en lugares de fácil acceso, como tejados y balcones, sin necesidad de instalar costosas torres que capturan vientos de mayor intensidad y que soplan a mayor altitud.
El estudio y la interpretación de la estructura aerodinámica del vuelo de las libélulas permitieron a Obata fabricar microturbinas eólicas baratas, ligeras, estables y eficientes que pueden utilizarse en lugares sin conexión a la red de los países en desarrollo.
¿Hay algo más negro que el color negro?
Algunas mariposas, pájaros y arañas han desarrollado una pigmentación supernegra gracias a una serie de complejos mecanismos para atrapar la luz. Este coloreado podría conducir a la creación de nuevos sistemas energéticamente eficientes de captación solar.
Las micro y nanoestructuras de las superficies determinan en gran medida sus propiedades de absorción o reflexión de la luz. Comprender no sólo la composición de los pigmentos implicados, sino también la microestructura y la composición física de estas superficies, puede servir para el diseño de sistemas energéticos más eficientes para calentar y refrigerar edificios, y colectores de energía solar más productivos.
Martin Harvey 2011
Las técnicas de los escarabajos para paliar la escasez de agua
Dos especies de escarabajos captan activamente el agua de la niebla en una sucesión de acciones denominadas técnicamentes «fog basking». A última hora de la noche, antes de formarse la niebla la niebla en las zonas costeras del desierto de Namibia, los escarabajos emergen de la arena y trepan por las dunas para situarse en la trayectoria de la neblina.
Los escarabajos inclinan su cuerpo hacia delante, encarando la niebla, y absorben la humedad en su espalda, formada por unas alas delanteras endurecidas llamadas élitros que cubren y protegen a las traseras, utilizadas para volar.
Las pequeñas gotas de agua que contiene la niebla se acumulan, fusionan y forman gotas más grandes que, por efecto de la fuerza de la gravedad, bajan por las superficies lisas hidrófobas (es decir, que repelen el agua) hasta la boca de los escarabajos.
La Organización Mundial de la Salud calcula que en 2025 la mitad de la población mundial vivirá en zonas con escasez de agua, por lo que la composición química y la estructura específicas de las superficies hidrófobas de los escarabajos de Namibia suscitan un enorme interés científico por sus posibles aplicaciones humanas.
Las aves y los combustibles fósiles
El vuelo sin motor de las aves es un ejemplo de eficiencia aerodinámica y el diseño de las plumas en las puntas de sus alas inspiró a los ingenieros a añadir pequeños «alitas» que reducen la resistencia causada por los remolinos en las puntas de las alas de los aviones.
Las aerolíneas comerciales han ahorrado 10.000 millones de galones de combustible y han reducido sus emisiones de CO2 en 105 millones de toneladas anuales reproduciendo este diseño
Para capturar esta cantidad de carbono, habría que plantar cada año unos 16 millones de hectáreas de árboles, una superficie mayor que el territorio de Noruega o Japón.
Unsplah/Rod Long
La extinción no es un resultado inevitable
Quizás el mejor ejemplo de la frivolidad que representa la extinción de las especies fue la cuasi desaparición de la ballena jorobada.
Su caza excesiva estuvo a punto de acabar con estas gigantescas criaturas, entre las más grandes que jamás hayan existido en el planeta, ya que los ejemplares de esta especie se redujeron a sólo 5000 en 1966.
Las organizaciones ecologistas y los científicos impulsaron una enorme movilización pública y política, y las ballenas jorobadas repuntaron hasta alcanzar los 80.000 ejemplares actuales. Las ballenas jorobadas tienen unos tubérculos irregulares en la parte delantera de las aletas que les permiten maniobrar con extraordinaria agilidad.
Los tubérculos proporcionan una ventaja hidrodinámica a las ballenas: minimizan la resistencia, mejoran su capacidad de mantenerse en movimiento y, algo fundamental cuando atacan a sus presas, les permiten girar en ángulos más pronunciados.
Entre otras aplicaciones, han inspirado a los ingenieros para fabricar algunas de las aspas de ventiladores industriales y generadores de energía eólica más eficientes.
Todas las especies mencionadas inspiraron una ampla gama de diseños de ingeniería sostenible y representan un ejemplo convincente del por qué debemos preservar la biodiversidad.
Los organismos que crean los sistemas de soporte permiten la vida en la Tierra, incluida la humana: millones de especies están en peligro, pero perder incluso una sola especie puede tener enormes consecuencias negativas para la humanidad.
Esta historia se basa en el folleto del Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo titulado “Cómo las soluciones de ingeniería sostenible dependen de la biodiversidad”.
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