muchas nuevas invenciones y tecnologías se inspiran en la naturaleza. La práctica de modelar productos artificiales después de procesos biológicos se llama biomimética o biomimética. Janine Benyus, cofundadora del Instituto de biomimética, popularizó el término en su libro de 1997, biomimética. «La biomimética», escribió, » es básicamente tomar un desafío de diseño y luego encontrar un ecosistema que ya haya resuelto ese desafío, y literalmente tratar de emular lo que aprendes.,»
a medida que los científicos que estudian el mundo natural revelan sus hallazgos, inventores e ingenieros están aprovechando estas nuevas revelaciones y aplicando las soluciones de la naturaleza a las nuevas tecnologías. Ya sea que los problemas que los investigadores buscan resolver involucren la construcción de mejores robots, el seguimiento de las células cancerosas de manera más eficiente o la mejora de los telescopios para estudiar el espacio, se puede encontrar una solución útil en los seres vivos.
Aquí hay diez hallazgos de 2020 que un día podrían conducir a nuevas invenciones.,
Suckerfish Surf on the Backs of Other Sea Creatures
Las rémoras son los autoestopistas del Océano., También conocidos como suckerfish, whalesuckers o sharksuckers, los nadadores de uno a tres pies de largo se anclan a las ballenas azules o tiburones cebra con un disco en forma de ventosa que «se sienta en su cabeza como un sombrero plano y pegajoso», según el New York Times. Pero estos peces bobos no solo están dando un paseo gratis. Este año, los investigadores encontraron que los peces en realidad pueden «surfear» a lo largo de la espalda de su chófer mientras la pareja está en tránsito., Las rémoras se deslizan a lo largo del cuerpo de su huésped, agrupándose cerca del espiráculo y la aleta dorsal de una ballena donde hay un arrastre mínimo, mientras mordisquean la piel muerta y los parásitos.
Los investigadores Brooke Flammang, Jeremy Goldbogen y sus equipos encontraron que la ubicación de elección de la rémora es clave para aferrarse. El área entre el espiráculo y la aleta dorsal, especialmente en las ballenas azules, tiene «fluido de velocidad mucho menor» que si fuera «solo unos centímetros más alto» en el cuerpo de la ballena, dice Flammang A The Times.
el «disco de succión» del pez tampoco está pegando contra la piel de la ballena., En cambio, se cierne justo encima, creando una zona de baja presión que succiona al pez cerca de la ballena y evita que vuele hacia el abismo, la mayoría de las veces.
Flammang, bióloga del Instituto de tecnología de Nueva Jersey, ya se ha puesto a trabajar en un disco de succión artificial inspirado en la rémora que espera que se use para conectar cámaras y dispositivos de seguimiento a animales marinos en peligro de extinción, como las ballenas azules. Actualmente, los investigadores usan ventosas regulares para sujetar las cámaras a sus sujetos de investigación, pero solo mantienen su agarre de 24 a 48 horas., El nuevo dispositivo de Flammang permanecerá encendido durante semanas y reducirá la resistencia. Ella y su equipo están probando el disco en superficies compatibles, así como diseñando una carcasa en forma de rémora para la cámara. Eventualmente, probarán el dispositivo en animales vivos, incluyendo ballenas, delfines, tiburones y mantarrayas.
«Los avances Bioinspirados en el apego desarrollados por el laboratorio del Dr. Flammang revolucionarán la forma en que podemos obtener etiquetas en animales con mayor éxito y eficacia», Escribe Goldbogen, biólogo marino de la Universidad de Stanford, a la revista Smithsonian., «Tal vez las etiquetas futuras no solo podrían adherirse, sino también surfear y arrastrarse al igual que las rémoras en el lugar ideal para el muestreo fisiológico específico.»
las aletas de los peces son tan sensibles como las puntas de los dedos
Las aletas de pescado no son solo para la dirección y la natación, el neurocientífico de la Universidad de Chicago Adam Hardy y su laboratorio encontraron este año. De hecho, los investigadores descubrieron que las aletas son tan sensibles como las puntas de los dedos de los primates. Para llegar a esta conclusión, los científicos estudiaron gobios redondos, un tipo de pez que habita en el fondo nativo de lugares como el Mar Negro y el mar Caspio, pero las poblaciones invasoras viven en cualquier lugar, desde los ríos europeos hasta los Grandes Lagos., Se sabe que estas pequeñas criaturas «se posan» en las rocas, cepillando sus aletas a lo largo del lecho rocoso de los lagos.
para determinar qué tan sensibles eran las aletas de los gobios, el equipo inyectó a los peces eutanasiados una solución salina que mantuvo sus nervios funcionando normalmente durante su experimento. Luego usaron un dispositivo especial para registrar los patrones de impulsos eléctricos que los nervios producían cuando las aletas del pez rozaban contra una rueda estriada., Esta medida Mostró al equipo que fins percibía «detalles realmente finos», dijo A Science News la coautora del estudio Melina Hale, también neurocientífica de la Universidad de Chicago.
los investigadores esperan que este descubrimiento pueda inspirar avances en la tecnología sensorial robótica, especialmente en los bots submarinos.
el exoesqueleto diabólico del escarabajo acorazado es Indestructible
El escarabajo diabólico acorazado hace honor a su nombre. Si bien la mayoría de los insectos viven solo unas pocas semanas, estos escarabajos tienen una vida útil de unos ocho años, que es aproximadamente el equivalente de un ser humano que vive varios miles de años. Para lograr tal hazaña, han desarrollado una armadura notable.
el insecto de aproximadamente una pulgada de largo puede sobrevivir a ser atropellado por un automóvil, y si no puede creerlo, el ingeniero de la Universidad de California, Irvine David Kisailus y su equipo apilaron un Toyota Camry y lo atropellaron dos veces, y sobrevivió., Después de varios experimentos técnicos más, el equipo descubrió que el escarabajo puede soportar una presión inmensa, hasta 39,000 veces su propio peso corporal.
varios factores contribuyen a la robustez del escarabajo. El exoesqueleto del escarabajo es plano, no redondeado, como una mariquita, por ejemplo. Dentro del exoesqueleto hay capas ricas en proteínas, que pueden cambiar individualmente sin que toda la cáscara se rompa. Las dos mitades de la Concha están unidas como una pieza de rompecabezas. Las capas siguen las curvas en forma de rompecabezas, reforzando la parte más delgada de la articulación, la broca en forma de cuello, donde las dos mitades están entrelazadas.,
en su artículo, los investigadores sugieren que un sujetador entrelazado inspirado en los escarabajos quizás podría reemplazar las juntas de forma similar, pero sin capas, utilizadas para asegurar las turbinas de los aviones. El equipo creó un modelo impreso en 3D completo con «laminación» o capas. Predicen que este hallazgo podría introducir » beneficios inmediatos sobre los sujetadores de aviación, proporcionando una mayor resistencia y una mayor tenacidad sustancial.»Pero en realidad, este diseño podría usarse en cualquier momento en que dos materiales diferentes, como el metal y el plástico, necesiten combinarse, como también en puentes, edificios y vehículos.,
se explica la pigmentación Ultra negra de dieciséis especies de peces de aguas profundas
Cuando la bióloga marina del Museo Nacional de Historia Natural Karen Osborn y su equipo accidentalmente sacaron un pez colmillo del océano profundo en su red de cangrejos, trataron de tomarle una foto., Pero por más que lo intentaran, los detalles del pez negro azabache no pudieron ser capturados. El pez era literalmente no fotogénico, aprendieron más tarde, porque su tejido absorbía el 99.5 por ciento de la luz del flash de una cámara.
El Colmillo, y otras 15 especies incluidas en el estudio, tienen una pigmentación ultra negra que les permite mezclarse con el ambiente oscuro del océano profundo. Aunque la luz no puede llegar a esta parte del Océano, algunos peces son bioluminiscentes. Para los depredadores furtivos, camuflarse en el abismo oscuro, o mejor aún absorber la luz, es la mejor capa de invisibilidad de la naturaleza.,
muchos animales en tierra y mar tienen un color muy negro, pero el color hecho por el hombre refleja alrededor del 10 por ciento de la luz y la mayoría de los otros peces negros reflejan el 2 por ciento de la luz. Para cruzar el umbral ultra-Negro, estas 16 especies solo tenían que reflejar .5 por ciento de toda la luz brillando en su camino. Estas especies lograron esta hazaña con melanosomas densamente empaquetados, de tamaño jumbo, en forma de cápsula, o células que contienen pigmento oscuro. En otros animales negros, pero no Ultra negros, los melanosomas están sueltos, más pequeños y de forma más redonda.,
imitando la forma, estructura y dispersión de los melanosomas de los peces ultra-negros, los científicos de materiales pueden ser capaces de crear pigmento artificial ultra-Negro. Este pigmento podría usarse para recubrir el interior de los telescopios para obtener una mejor vista del cielo nocturno o mejorar la absorción de luz en los paneles solares. Incluso podría interesar a los investigadores navales, dijo Osborn al Smithsonian en julio. «Si tuvieras que hacer, digamos, una armadura que tuviera melanina en el exterior, serías genial para las operaciones nocturnas», dice.,
cuando se elevan de árbol en árbol, las serpientes tropicales ondulan para la estabilidad
como si las serpientes terrestres y las serpientes nadadoras no fueran suficientes, cinco especies de serpientes «vuelan».»Para ser justos, este vuelo es realmente más como una caída altamente coordinada. Se parece un poco a los retorcerse y enrollarse de lado que hacen en tierra, pero con la ayuda de la gravedad. O como el investigador de Biomecánica de Virginia Tech, Jake Socha, dijo al New York Times, snake flight se asemeja a una » cosa grande, ondulada, de cinta.,»
Las serpientes aplanan su torso redondo en una forma triangular aplanada para atrapar más aire y deslizarse de un árbol a otro, a veces a decenas de pies de distancia. Pero las embestidas locas de lado a lado que hacen en el aire no tenían tanto sentido para los científicos. Eso fue hasta que Socha y su equipo alquilaron la arena de caja negra de cuatro pisos de Virginia Tech llamada El Cubo. En él, equiparon a siete serpientes voladoras con cinta reflectante y grabaron sus saltos en cámaras de alta velocidad más de 150 veces. (No te preocupes., El equipo tuvo que pasar el protocolo de seguridad de la serpiente, y la arena estaba equipada con pisos de espuma y árboles falsos.)
el vuelo de la serpiente ocurre muy rápido, por lo que la cinta reflectante permitió al equipo recrear el vuelo utilizando el modelado por computadora en 3D. El equipo descubrió que las serpientes ondulaban verticalmente el doble de veces que lo hacían horizontalmente, moviendo su cola hacia arriba y hacia abajo también. Isaac Yeaton, ingeniero mecánico de Virginia Tech, dijo al Times: «otros animales ondulan para la propulsión. Mostramos que las serpientes voladoras ondulan para la estabilidad.,»
el equipo espera que sus hallazgos puedan ser utilizados para crear algún tipo de robot de búsqueda y rescate de serpientes voladoras. Yeaton dice que la ventaja de los robots inspirados en serpientes es su locomoción estable y su capacidad de escabullirse a través de espacios reducidos que podrían causar que su bot típico se tropiece o caiga. Tiene la vista puesta en tal vez un día crear un bot que pueda imitar todos los giros, flexiones, giros y meneos de la serpiente en un solo robot.,
«al combinarlos, podría tener una plataforma que podría moverse a través de entornos complejos: el robot puede ascender a un árbol o edificio, deslizarse rápidamente a otra área y luego deslizarse o nadar en otro lugar», le dice Yeaton a la revista Smithsonian por correo electrónico. «Hay desafíos de ingeniería para hacer esto, pero me inspira lo capaces que son las serpientes voladoras reales y los recientes avances en el diseño bioinspirado.,»
pequeñas criaturas marinas similares a renacuajos hacen sistemas de filtración inflables viscosos
Las larváceas gigantes tienen forma de renacuajos, solo ligeramente más grandes; sus cuerpos miden hasta cuatro pulgadas de largo., Estas pequeñas criaturas viven libremente a cientos de pies por debajo de la superficie del mar, donde las fuentes de alimento son escasas.
Este año, los investigadores utilizaron herramientas de escaneo láser para revelar los complejos «palacios de mocos» que construyen las criaturas, como el autor del estudio y bioingeniero Kakani Katija del Monterey Bay Aquarium Research Institute llama a las estructuras. Estas diminutas criaturas sin brazos ni piernas usan sus propias secreciones para construir elaboradas nubes de moco con cámaras, paredes acanaladas, túneles, pasillos y paracaídas.,
Al igual que las arañas y sus telarañas, las larváceas utilizan estas estructuras mucosas para capturar Pequeñas y escasas partículas de comida que flotan. Su pequeño cuerpo se sienta en el medio de la» casa», mientras menean su pequeña cola para bombear agua a través del laberinto de canales y en sus bocas, casi como un sistema de plomería elaborado. La nube se dobla como una capa de invisibilidad al ocultar el movimiento de la criatura en las profundidades oscuras donde cualquier movimiento en falso es una sentencia de muerte.
Katija espera inspirarse en estas criaturas para crear un día un sistema de filtración inflable biomimética., Dado que estos animales pueden filtrar partículas más pequeñas que los virus, tal vez los filtros de grado médico o HEPA podrían mejorarse con un dispositivo de este tipo.
«todavía estamos en las fases de descubrimiento de este proyecto, y espero que otros investigadores recojan la antorcha», dice Katija a la revista Smithsonian por correo electrónico.
una proteína embalada en hierro es la clave para el brillo azul de un gusano tubular
los destellos de criaturas bioluminiscentes, como luciérnagas, suelen durar de menos de un segundo a un máximo de 10 segundos. Pero no el gusano de tubo de pergamino Marino: estos nadadores del Océano producen una sustancia viscosa azul brillante que permanece radiante durante entre 16 y 72 horas. Debido a que el limo sigue brillando fuera del cuerpo del gusano, no desperdicia la energía del organismo, lo cual es genial para la supervivencia del gusano, sino que plantea la pregunta: ¿Cómo sigue brillando durante tanto tiempo?,
Los investigadores de la Universidad de California, San Diego Evelien de Meulenaere, Christina Puzzanghera y Dimitri D. Deheyn examinaron la complicada química del moco del gusano y encontraron que contiene una proteína empacada en hierro llamada ferritina, que emite iones o átomos cargados eléctricamente. Esta forma de ferritina reacciona con la luz azul, desencadenando más producción de iones, que a su vez mantiene la luz brillando en un bucle de retroalimentación.
el equipo espera replicar la fotoproteína única del gusano tubo, o una proteína vinculada a la bioluminiscencia, para iluminar las células cancerosas durante la cirugía., En una nota más simple, Deheyn también dice que podrían desarrollar una batería biológica sintética de los tipos que podrían ser utilizados en situaciones de emergencia cuando la electricidad está fuera. Compara la idea con pegatinas que brillan en la oscuridad.
«Las pegatinas brillantes siguen brillando porque acumulan luz solar del día y la liberan de noche», le dice al Smithsonian. «Ahora imagina que no necesitas luz solar, solo necesitas agregar hierro. Este tipo de aplicaciones podrían usarse como luces biológicas portátiles para uso de emergencia., Por ejemplo, tal vez necesite luz en una plataforma de aterrizaje para helicópteros o aviones en un corte de energía.»
los abejorros pueden saber lo grandes que son
los abejorros tienen una reputación de torpeza, pero tal vez eso sea un error de juicio en nuestro nombre. Un día de verano, el ingeniero Sridhar Ravi de la Universidad de Nueva Gales del Sur en Canberra estaba observando a las abejas navegar alrededor de ramas y arbustos con facilidad. Le sorprendió que un organismo con un cerebro bastante pequeño sea capaz de superar estos desafíos.,
para poner a las abejas a prueba, Ravi y su equipo conectaron un túnel a una colmena en su laboratorio. Colocaron un estrecho hueco dentro del túnel como un obstáculo y lo hicieron más y más pequeño con el tiempo. Cuando la brecha era más pequeña que la envergadura de las abejas, se detuvieron para escanear la abertura y luego giraron hacia los lados para atravesar la brecha sin dañar sus alas. Lograr incluso esta pequeña hazaña requiere cierta conciencia de cuán grande es el cuerpo desde diferentes ángulos, una aptitud que generalmente no se cree que posean los insectos.,
pero si las abejas de cerebro pequeño pueden manejarlo, Ravi dice que los robots pueden no necesitar grandes procesadores complicados para mejorar en la navegación de sus alrededores. «Las percepciones complejas no necesitan cerebros sofisticados y grandes y se pueden lograr a escalas de tamaño pequeño con muchas menos neuronas», le dice al Smithsonian. Esta idea es emocionante de considerar cuando se piensa en el desarrollo de robots menos torpes. Con suerte, los investigadores pueden usar sus hallazgos para mejorar el vuelo robótico o las habilidades de natación.,
«la graduación de la mera detección para ser capaz de percibir marcará una época en el campo de la robótica», dice Ravi.
La armadura de una hormiga cortadora de hojas tiene un recubrimiento protector extra a base de minerales
Cuando el biólogo evolutivo Hongjie Li Se dio cuenta de que las hormigas cortadoras de hojas que estaba estudiando tenían una capa delgada de armadura corporal mineral, le dijo a su colega: «encontré hormigas de roca.»
para estudiar más a fondo el exoesqueleto de la hormiga, sería necesario eliminar el recubrimiento, pero ¿cómo? Li tuvo una epifanía mientras se cepillaba los dientes, dice Science News. Enjuague bucal elimina un montón de basura de nuestros dientes sin dañar nuestras mejillas, encías y lengua. Su corazonada hizo el truco, y el enjuague bucal disolvió la capa mineral sin dañar el exoesqueleto., A través de experimentos de laboratorio más tradicionales, el equipo determinó que el revestimiento mineral está hecho de calcita con una alta concentración de magnesio. En los erizos de mar, se cree que esta mezcla de calcita y magnesio hace que la pequeña «punta de piedra» de su diente sea capaz de moler a través de la piedra caliza.
«La integración del magnesio en la calcita podría ser especialmente beneficiosa para cualquier nanotecnología que implique el uso de calcita, como en plásticos, adhesivos, mortero de construcción y odontología», explican los autores del estudio Cameron Currie y Pupa Gilbert en un correo electrónico a la revista Smithsonian.,
Además, el recubrimiento mineral no es algo con lo que las hormigas nacen, sino algo que pueden desarrollar en un instante cuando lo necesitan, explica Currie.
«Es increíble que nuestras hormigas puedan mejorar masivamente esta proyección formando rápidamente un recubrimiento nanocristal delgado y ligero», dice. «Esto destaca la posible aplicación de recubrimientos de nanomateriales como este para mejorar el blindaje corporal.,»
algunas polillas tienen una capa acústica que amortigua el Sonar de murciélago
ser una polilla escondiéndose desesperadamente de un depredador que usa el sonido para» ver » no es una tarea fácil, pero algunos de estos insectos alados han desarrollado características impresionantes para protegerse de los murciélagos.,
además de suavizar el sonido del pelaje, dos especies de polillas sin orejas tienen escamas en forma de horquilla en sus alas que ayudan a absorber el sonar de murciélago, descubrieron investigadores a principios de este año. Las alas individuales de la polilla están cubiertas por decenas de miles de estas pequeñas escamas, cada una de menos de un milímetro de largo y solo unos pocos cientos de micrómetros de espesor. Cada escala deforma el sonido del ala, ralentizando su energía acústica y, a su vez, reflejando menos sonido de vuelta a los murciélagos., Las escalas parecen resonar a una frecuencia diferente y como un todo, pueden «absorber al menos tres octavas de sonido», informa Anthony King para Chemistry World.
«están altamente estructurados en una escala nanométrica con capas superiores e inferiores corrugadas fuertemente perforadas que están interconectadas por una red de pilares diminutos», dice el autor del estudio Marc Holderied de la Universidad de Bristol A Chemistry World.
Holderied estima que las técnicas de insonorización inspiradas en la polilla podrían hacer que los materiales » sean 10 veces más eficientes para absorber sonidos.,»En lugar de instalar paneles voluminosos en hogares y oficinas, imagina un papel tapiz Absorbente de sonido recubierto con nanoestructuras similares a escalas.
Holderied también pudo ver este hallazgo teniendo aplicaciones más amplias a nivel de la industria también. «De hecho, estamos muy entusiasmados con las amplias perspectivas de aplicación de este material», le dice al Smithsonian. «Cualquier campo, desde la arquitectura hasta la acústica de máquinas y transporte, donde la absorción del sonido con una huella reducida es beneficiosa, se beneficiaría de soluciones más delgadas inspiradas en la polilla.”