George de Mestral, un inventor suizo, a principios de la década del ´40 sintió curiosidad por las semillas de la planta de bardana que se le habían pegado a la ropa y al pelo su perro después de un paseo. Bajo un microscopio observó atentamente el sistema de gancho y lazo con el cual las semillas se cuelgan de los animales y esto ayuda a la polinización. Así se dio cuenta de que se podía aplicar el mismo enfoque para unir otras cosas. El resultado fue el velcro, un producto que se puede aducir se estuvo creando durante más de tres mil millones de años que es lo que ha tardado en evolucionar el mecanismo que lo inspiró.
El velcro es probablemente el más famoso y por cierto el más exitoso ejemplo de mimetismo biológico o “biomimética”. En campos que van desde la robótica hasta la ciencia de los materiales, los tecnólogos están tomando cada vez más ideas de la naturaleza y con una buena razón: los diseños de la naturaleza han soportado la prueba del tiempo. No obstante, el transplante de los diseños de la naturaleza a las tecnologías hechas por el hombre todavía es un asunto de acierto y error.

Los ingenieros dependen de los biólogos para descubrir mecanismos interesantes que ellos puedan explotar, dice Julian Vincent, director del Centro para la Biomimética y las Tecnologías Naturales de la Universidad de Bath en Inglaterra. Por lo tanto, él y sus colegas han estado trabajando en un esquema que les permita a los ingenieros prescindir de los biólogos y abordar directamente el ingenio de la naturaleza, vía una base de datos de “patentes biológicas”. La idea es que esta base de datos permita a cualquiera investigar un amplio espectro de mecanismos y propiedades biológicas para encontrar soluciones a problemas tecnológicos.

Cómo no reinventar la rueda
¿Con seguridad el intelecto humano y la deliberada aplicación de la sabiduría del diseño, podrían idear mecanismos mejores que el proceso de evolución azaroso e irracional? Nada de eso. Después de miles de millones de años de prueba y error, la naturaleza ha creado soluciones eficientes para toda clase de problemas complejos del mundo real. Tomemos por ejemplo la tarea resbaladiza de controlar un vehículo sumergible. Usando hélices es increíblemente difícil realizar movimientos delicados. Pero Nekton Research, una compañía con base en Durham, Carolina del Norte, ha desarrollado un pez robot llamado Madeleine que maniobra utilizando aletas, en cambio.
En algunos casos los ingenieros pueden pasarse décadas inventando y perfeccionando una tecnología nueva sólo para descubrir que la naturaleza les ha ganado de mano. A veces los sistemas encontrados en la naturaleza pueden hacer que hasta las tecnologías más avanzadas parezcan primitivas, observa Joanna Aizenberg, una investigadora de los laboratorios tecnológicos Bell de Lucent de New Jersey.

Otra demostración del poder de la biomimética es el geko. La habilidad de este lagarto para trepar paredes y andar por los cielorrasos es muy interesante. Dos grupos de investigadores de las universidades de Manchester y de California, han desarrollado independientemente maneras de copiar la habilidad del geko para aferrarse a las paredes. El secreto del éxito del geko está en las diminutas estructuras pilosas, llamadas setae, que le recubren las patas. En lugar de segregar una sustancia pegajosa, como sería de esperar, les deben sus propiedades adhesivas a fuerzas de atracción intermoleculares increíblemente débiles. Estas fuerzas, que existen entre dos objetos adyacentes cualesquiera, surgen entre las setae y la pared a la que el geko se está aferrando. Normalmente fuerzas así son insignificantes, pero los setae, con sus puntas en forma de espátula, maximizan el área de superficie que está en contacto con la pared. Las fuerzas débiles, multiplicadas a través de miles de setae, alcanzan entonces para soportar el peso del lagarto.
Los grupos de investigación han demostrado que el intrincado diseño de estos setae microscópicos se pueden reproducir por medio del uso de materiales sintéticos. Cuando esta tecnología llegue al mercado se utilizará probablemente como una alternativa para el velcro, o en pegamentos. Además, podría ser especialmente útil en aplicaciones médicas allí donde no se pueden usar los adhesivos químicos.

Existen algunos campos, tales como la robótica, en los que el tomar prestados diseños de la naturaleza es evidentemente lo más sensato de hacer. La próxima generación de vehículos de exploración planetaria diseñados por la agencia espacial americana NASA, por ejemplo, tendrán patas en lugar de ruedas que son mucho menos eficaces en los terrenos irregulares.

El tener patas es solo la mitad de la historia. Lo que cuenta es cómo se las controla, dice Josef Ayers, un biólogo y neurofisiólogo de la Northeastern University, Massachusetts, ha dedicado los últimos años a desarrollar una langosta robótica biomimética que no solo se parece a una langosta sino que verdaderamente emula parte del sistema nervioso de una langosta para controlar su conducta al caminar. Entre tanto, una firma tecnológica finlandesa, Plus Tech, ha desarrollado un tractor de seis patas para uso forestal. Trepa sobre troncos caídos y sube empinadas colinas y puede cruzar terrenos que serían intransitables para un vehículo con ruedas.

Existen más ejemplos de biomimética. Autotype, una firma de materiales, ha desarrollado una película plástica basada en las complejas microestructuras de los ojos de las polillas, que han evolucionado para recoger la mayor cantidad de luz posible sin reflejos. Cuando se la aplica a la pantalla de un teléfono portátil, la película reduce los reflejos y mejora la legibilidad y el promedio de vida de las pilas puesto que hay menos necesidad de luz en la pantalla. Mientras tanto, en la Universidad del Estado de Penn, los ingenieros han diseñado alas aeronáuticas que pueden cambiar de forma en diferentes fases del vuelo tal como lo hacen las alas de los pájaros. También se ha creado una tela sagaz inspirada por la forma en que las piñas se abren y cierran según sea la humedad, que se podría utilizar para fabricar ropa que se adapte a los cambios de temperatura corporal.

De la prueba y error a dar en el clavo
No obstante, a pesar de todos estos éxitos la biomimética todavía depende demasiado del azar, dice el doctor Vincent. Calcula que hay sólo un 10% de superposición entre los mecanismos biológicos y tecnológicos utilizados para resolver problemas especiales. En otras palabras, todavía hay un número enorme de mecanismos potencialmente útiles por explorar. “Para ser eficiente, la biomimética debería estar proporcionando ejemplos de tecnologías biológicas adecuadas que cumplan con los requisitos de un problema de ingeniería especial”, explica. Esa es la razón por la cual él y sus colegas, con fondos procedentes del Engineering and Physical Sciences Research Council británico, han pasado los últimos tres años construyendo una base de datos de soluciones biológicas a las que los ingenieros podrán acceder para resolver problemas de diseño. Por ejemplo, una búsqueda en esa base de datos con la palabra clave “propulsión”, produce un espectro de este mecanismo usado por medusas, ranas y crustáceos.
La base de datos también se puede investigar usando una técnica desarrollada en Rusia, conocida como la teoría de la solución del problema de la inventiva, o TRIZ, por su sigla en inglés. En esencia, este es un conjunto de reglas que desmenuza un problema en partes más pequeñas y esas partes en funciones especiales que deben ser ejecutadas por los componentes de la solución. Habitualmente estas funciones se comparan contra una base de datos de patentes de ingeniería, pero el equipo del doctor Vincent ha sustituido en cambio su base de datos de “patentes biológicas”. Por supuesto que estas no son patentes en sentido convencional, ya que la información estará disponible para que cualquiera la use. Al llamar a las tretas biomiméticas “patentes biológicas”, los investigadores solo están poniendo el énfasis en el hecho de que la naturaleza es en efecto la dueña de la patente.

Una forma de usar el sistema es caracterizar un problema técnico en forma de una lista de características deseables que la solución debería tener y otra lista de características indeseables que debería evitar. Entonces la base de datos se investiga en busca de cualquier patente biológica que reúna esos criterios.
El espera que la base de datos almacene algo más que solo carbónicos de mecanismos biológicos que se puedan copiar mediante el uso de la tecnología. La biomimética puede ayudar tanto con el sofware como con el hardware como lo demuestra la langosta robot construida por el doctor Ayers. Tanto su diseño físico como su sistema de control están inspirados en la biología. La mayoría de los robots comunes, en contraste, están programados en forma determinista. Al fabricar un robot los diseñadores deben predecir todas las contingencias del entorno del robot y decirle como responder en cada caso. En cambio los modelos animales proporcionan una abundancia de soluciones probadas para los problemas del mundo real que podrían ser útiles en toda clase de aplicaciones.

Aunque la base de datos del doctor Vincent no podrá brindar resultados específicos podría ayudar a identificar sistemas y conductas naturales útiles para los ingenieros. Pero todavía es temprano. Hasta ahora la base de datos contiene solo dos mil quinientas patentes. Para volverla realmente útil se quiere reunir una cantidad diez veces mayor, una tarea para la cual se propone pedirle ayuda a la comunidad online. Se espera que la construcción de un depósito de los diseños más inteligentes de la naturaleza eventualmente les haga más rápida y más fácil a los ingenieros la tarea de robarlos y volverlos a usar.

Traducido y adaptado de la nota homónima publicada en The Economist, 9 de junio del 2005.