10 Avances Increíbles En Biomimetismo

La biomimética es la ciencia de buscar en la naturaleza las respuestas a nuestros problemas tecnológicos. Usas tecnologías biomiméticas todos los días. El velcro, por ejemplo, se inventó después de que George de Mestral notara cómo las rebabas usaban pequeños ganchos para adherirse a la piel de su perro. Y mientras que Velcro es un lugar demasiado común como para sorprender a cualquiera, en los últimos años, hemos utilizado el mismo proceso exacto para crear tecnologías que son increíbles.

10 UltraCane

En la naturaleza, los murciélagos utilizan el ultrasonido para encontrar presas. La ciencia detrás de esto es bastante simple: se dispara una onda de sonido y se registra la cantidad de tiempo que tarda el eco en regresar después de rebotar en algo. Si sabe qué tan rápido está viajando la onda sónica, puede medir qué tan lejos está el obstáculo. Los murciélagos lo hacen naturalmente. Los humanos no lo hacen.

Así que los investigadores de la Universidad de Leeds en el Reino Unido buscaron inspiración en murciélagos para construir un bastón ultrasónico para personas ciegas. La idea era bastante simple, pero lo que no previeron fue la forma en que el cerebro humano se volvió tan receptivo al nuevo sentido. El bastón funciona enviando señales ultrasónicas, midiendo el tiempo de respuesta de los ecos y convirtiendo esos datos en vibraciones en el mango del bastón. Cuando un objeto se acerca, las vibraciones se hacen más fuertes.

Cuando se probó el bastón, encontraron que los cerebros de los sujetos de prueba aceptaron fácilmente la información y comenzaron a desarrollar un nuevo tipo de conciencia espacial basada únicamente en las vibraciones que llegaban a través de sus palmas. Con el tiempo, dejaron de sentir conscientemente las vibraciones y construyeron un mapa mental instantáneo de su entorno; sus mentes cortaron al hombre medio en favor de una interpretación más eficiente de la sensación.

9 Robótica de enjambre

Harvard no es la única organización de investigación que intenta dar a los robots la capacidad de comunicarse y aprender unos de otros. El Instituto de Tecnología de Nueva Jersey también está desarrollando un enjambre de robots con una mentalidad de colmena, y ya han tenido éxito. Siguiendo el modelo del comportamiento de las hormigas en la colonia, un robot puede tomar en cuenta las decisiones de los otros robots y seguir su comportamiento, sin necesidad de programación.

Los robots en sí mismos no parecen hormigas, más bien cubitos de hielo futuristas, pero cada uno tiene dos sensores de luz que actúan como antenas de hormigas que detectan un rastro de feromonas. Individualmente estúpidos, los robots solo pueden avanzar y sentir la luz. Cada robot estaba siendo rastreado por un proyector que dejaba puntos de luz a lo largo de su camino, como un rastro de migajas de pan, y cada vez que un robot tropezaba con otro camino del robot, las luces se hacían más brillantes.

Al comienzo del experimento, todos los robots se movían aleatoriamente y caóticamente. Al final, convergieron en un tren siguiendo un solo camino. Como las hormigas, no hacen una "elección" cuando hacen algo diferente; todo se basa en un programa central que les dice que sigan una señal específica. Con las hormigas, esa señal es una pista de feromonas dejada por otras hormigas. Con robots enjambre, es ligero.

8 Pintura autolimpiante

No todos los avances en biomimetismo tienen que ver con los robots. De hecho, la mayoría no lo hace; Los robots son más interesantes de los que hablar. Dicho esto, uno de los inventos biomiméticos más interesantes de los últimos años es una pintura modelada a partir de las hojas de la flor de loto.

Las hojas de loto pueden parecer suaves, pero a nivel microscópico, están cubiertas de millones de picos pequeños. Los picos repelen la suciedad y el agua al minimizar el área de la superficie del agua de la hoja simplemente se quita porque no hay suficiente contacto para crear una atracción. Con eso como modelo, una empresa alemana desarrolló una pintura que utiliza una microestructura compleja en el exterior para evitar que las cosas se adhieran a la pintura. Bajo un microscopio, la pintura seca parece un paisaje surrealista cubierto de esculturas.

Las partículas de suciedad todavía pueden quedar atrapadas en las protuberancias, pero las salpicaduras más pequeñas de agua las desalojarán. En otras palabras, la pintura es esencialmente autolimpiable. Y al igual que las hojas de loto, el agua se desliza de inmediato. La NASA también está utilizando la idea del loto para construir un revestimiento para trajes espaciales y rovers para evitar que las bacterias entren en el espacio.

7 cámaras multifacéticas

Si tuvieras un microscopio, mucho tiempo y una mosca perezosa, podrías contar todas las facetas individuales en el ojo de una mosca doméstica. Hay alrededor de 28,000, cada uno con su propia lente y un nervio sensor de luz. Los ojos compuestos son una de las maravillas de la naturaleza: permiten que los insectos vean hasta 180 grados a su alrededor y ofrecen una sensación de profundidad que los humanos solo pueden soñar.

Usando esa idea, los investigadores de la Universidad de Illinois construyeron una cámara multifacética que consta de 180 lentes, cada una conectada a un fotodetector individual. La matriz se construyó sobre una estera de goma flexible que luego se curvó en una forma hemisférica. La entrada de todas las lentes se combina en una sola imagen, por lo que está mirando una imagen normal en lugar de, por ejemplo, un banco de monitores. Y todo el conjunto (lentes y componentes electrónicos incluidos) tiene solo un centímetro (.4 pulg.) De diámetro.

El objetivo del equipo es utilizar las cámaras para la vigilancia aérea de drones robóticos. Pero incluso una cámara fija sería una mejora masiva con respecto a las cámaras actuales. Ponga dos de estos "ojos de insecto" espalda con espalda, y tendrá una vista de 360 ​​grados. Actualmente, están trabajando en un nuevo modelo que duplica la cantidad de lentes.

6 revestimientos de piel de tiburón

Cuando Michael Phelps ganó seis medallas de oro en los Juegos Olímpicos de 2004, llevaba un traje de baño llamado Fastskin, desarrollado por Speedo. La piel de ayuno está cubierta de diminutos bultos que emulan la piel de un tiburón. A pesar de que los trajes de baño han sido prohibidos y declarados inefectivos simultáneamente, la idea de usar piel de tiburón como modelo para materiales de alta tecnología está lejos de desaparecer.

La piel de un tiburón está cubierta por una capa de piezas superpuestas llamadas dentículos. Se ven como dientes microscópicos y apuntan hacia la parte posterior del tiburón. Cuando un tiburón nada, los bordes delanteros de los dentículos crean micro vórtices que esencialmente empujan al tiburón hacia adelante, permitiéndole nadar más rápido. Y debido a la forma en que se flexionan, otros organismos, como algas y lapas, no pueden agarrarse a él. Es por eso que las ballenas a menudo se encuentran incrustadas con percebes, pero los tiburones nunca lo son.

La Armada de los EE. UU. Está investigando aplicaciones para usar recubrimientos inspirados en la piel de tiburón en el exterior de sus submarinos, lo que los haría más rápidos y evitaría que los mejillones y lapas se acumulen en sus cascos, cuya limpieza es de $ 50 millones por año trabajo. Los hospitales también se están involucrando en el juego: un material conocido como Sharklet ya se está utilizando en las manijas de las puertas de los hospitales de California para evitar que patógenos como E. coli formen colonias. La mejor parte es que, dado que no es un repelente químico, no hay forma de que las bacterias desarrollen una resistencia.

5 SCRATCHBot

La búsqueda de nuevas formas de experimentar el mundo siempre ha estado arraigada en el mundo animal. Al construir un robot que se ve y actúa como una rata, los científicos de la Universidad de Sheffield han profundizado en una forma de sentir que los humanos nunca experimentarán: los bigotes. Apodado SCRATCHBot, el único propósito del robot es actuar como un vehículo para los bigotes sintéticos de vanguardia y un cerebro que puede interpretar los datos y ponerlos en uso.

Como las ratas son en su mayoría nocturnas, a menudo usan sus bigotes para navegar más que su vista. Al recrear un conjunto de bigotes funcionales, los investigadores utilizaron barras de fibra de vidrio que contenían sensores de efecto Hall (sensores que miden las diferencias de voltaje en función de una corriente y un campo magnético). Pequeños imanes en los bigotes proporcionan el campo magnético, y cuando los bigotes rozan algo, los sensores captan el cambio de voltaje del movimiento de los imanes. Esto permite que SCRATCHBot "vea" objetos a través de los bigotes.

El "cerebro" de la rata es un modelo neuronal basado en PC que recibe información de los bigotes, la procesa y envía un comando a las piernas (girar a la izquierda, girar a la derecha, etc.). Todo el diseño se basa en una rata increíblemente estúpida: no tiene una corteza de alto nivel, pero aún puede operar funciones motoras básicas.

4 células solares orgánicas

Las células solares sensibilizadas por tinte son un tipo de célula solar que utiliza una forma especial de tinte para capturar la energía solar. Cuando la luz del sol golpea el tinte, sus moléculas reaccionan y producen electricidad. Estas células solares son más baratas que sus contrapartes de silicio, pero tienen un problema: el tinte tiende a romperse después de un corto período de tiempo, esencialmente dejándote con un inútil cuadrado de plástico.

Pero el mecanismo del tinte no es muy diferente de lo que se encuentra en la fotosíntesis natural cuando una planta convierte la luz solar en energía. Así que los investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte comenzaron a buscar plantas de interior para ver qué los hacía diferentes. El resultado fue una célula solar con un sistema vascular interno que realiza un ciclo de tinte a través de una red ramificada de venas. Cuando el tinte se degrada hasta el punto de que ya no produce electricidad, se cicla y se reemplaza por una nueva corriente de tinte, como una planta que suministra nutrientes a sus hojas.

3 El T8 SpiderBot

Si las arañas son la materia de la que nacen las pesadillas, el Octopod Robot T8 es una pesadilla con una etiqueta de precio. Los roboticistas han intentado durante años imitar la arquitectura de una araña. Con ocho patas, obtiene un nivel de estabilidad sin precedentes, que es perfecto para los robots de búsqueda y rescate en áreas de desastre. Y aunque hemos tenido otras versiones de robots similares a arañas, siempre ha sido difícil diseñar uno con suficiente control interno para que las ocho patas se muevan al unísono, al tiempo que conserva la capacidad de moverse por separado cuando sea necesario.

El Octopod Robot T8 utiliza un motor de movimiento único diseñado específicamente para superar ese obstáculo. Es controlado a distancia, y con un simple comando, el procesador a bordo calculará la trayectoria de la pierna, el control del motor y la cinemática inversa para coordinar sus 26 motores individuales. El resultado es casi también natural.

2 circuitos de autocuración

Los chips de circuito integrado se usan en prácticamente todos los dispositivos electrónicos creados hoy, y a pesar de su pequeño tamaño, la mayoría de los chips tienen millones de transistores distribuidos en una superficie no más ancha que la cabeza de un clavo. Si una pieza pequeña se rompe, toda la cosa se vuelve inútil. Pero, ¿qué pasaría si su teléfono celular o su computadora pudieran repararse a sí mismos como un sistema inmunológico que combate una infección? Esa podría ser una posibilidad muy real en el futuro cercano.

Los ingenieros del Instituto de Tecnología de California han creado lo que denominan "circuitos indestructibles". Para demostrarlo, colocaron uno bajo el microscopio, lo fundieron con un láser y lo vieron descubrir la manera de seguir trabajando. Los chips son microscópicos; tomaría alrededor de 75 cubrir la cara de un centavo. Además de todos los circuitos necesarios para el propósito principal del chip, cada chip también contiene una variedad de sensores y un procesador central a bordo que detecta daños y descubre la manera más eficiente de hacer que todo vuelva a funcionar.

Han probado docenas de chips equipados con la capacidad de autorrecuperación, y no importa qué parte del chip se destruya, siempre encuentra una manera de redirigir los procesos del circuito en menos de un segundo. Y no está preprogramado para amenazas específicas, como el sistema inmunológico del cuerpo, evalúa el daño por sí mismo y determina qué acciones debe tomar. Lo único que nos queda por hacer es localizar a John Connor.

1 injertos de piel parasitarios

Hay un parásito llamado Pomphorhynchus laevis que utiliza puntas en su cabeza para rasgar un agujero en los intestinos de un animal, después de lo cual, mete su cabeza adentro e infla su cuerpo para mantenerse en su lugar. Es esta improbable monstruosidad la que ha inspirado a los investigadores médicos a desarrollar un nuevo tipo de injerto de piel. Los injertos de piel son parches de piel que se trasplantan de una parte del cuerpo a otra, generalmente para cubrir una quemadura grave.

Hasta ahora, los injertos de piel generalmente se mantenían en su lugar con grapas, que conllevan un alto riesgo de infección. Este nuevo injerto de piel biomimético, por otro lado, copia casi todo del parásito más aterrador del que probablemente puedas leer hoy. El injerto tiene un grupo de microagujas que se hinchan cuando se exponen al agua. Las agujas penetran en la piel con bastante facilidad y, una vez dentro, se hinchan como un globo para sostener el injerto en su lugar. Otra ventaja sobre las grapas, que en realidad terminan rasgando el tejido alrededor de ellas, es que las microagujas empujar Tejido a un lado, en lugar de dañarlo.