Cinco tecnologías humanas inspiradas en la naturaleza

Sep 06, 2023

Profesor de Sistemas de Ingeniería Inteligentes, Nottingham Trent University

Amin Al-Habaibeh no trabaja, consulta, posee acciones ni recibe financiamiento de ninguna empresa u organización que se beneficiaría de este artículo, y no ha revelado afiliaciones relevantes más allá de su cargo académico.

Nottingham Trent University proporciona financiación como miembro de The Conversation UK.

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La naturaleza, durante millones de años, ha desarrollado soluciones para adaptarse a una variedad de desafíos. A medida que los desafíos a los que se enfrenta la humanidad se vuelven más complejos, vemos que la inspiración se inspira cada vez más en la naturaleza.

Tomar procesos biológicos y aplicarlos a problemas tecnológicos y de diseño se denomina bioinspiración. Este es un campo de rápido crecimiento y nuestra capacidad para copiar la naturaleza se está volviendo más sofisticada. Aquí hay cinco ejemplos sorprendentes en los que la naturaleza ha guiado la innovación humana y, en algunos casos, podría conducir a avances aún más emocionantes.

Usando la ecolocalización, los murciélagos pueden volar en completa oscuridad. Emiten ondas de sonido y ultrasonido, luego monitorean el tiempo y la magnitud de los reflejos de estas ondas para crear mapas espaciales tridimensionales de su entorno.

Los sensores que identifican obstáculos al dar marcha atrás en muchos automóviles modernos están inspirados en la navegación de murciélagos. La dirección y la distancia de un obstáculo se calcula emitiendo ondas de ultrasonido que se reflejan en los objetos en el camino de un automóvil.

También se han propuesto tecnologías de navegación sensorial para mejorar la seguridad de las personas con visión restringida. Los sensores de ultrasonido instalados en el cuerpo humano ofrecerían información basada en el sonido del entorno de una persona. Esto les permitiría moverse más libremente al eliminar la amenaza de obstáculos.

Los pájaros carpinteros golpean la superficie dura de los árboles para buscar comida, construir nidos y atraer a una pareja. Las herramientas de construcción, como los martillos neumáticos e hidráulicos de mano, imitan el pico vibratorio de un pájaro carpintero utilizando una frecuencia aproximadamente equivalente al martilleo de un pájaro carpintero (20 a 25 Hz).

Pero la vibración de estas herramientas eléctricas puede dañar las manos de los trabajadores de la construcción. Esto puede, en algunos casos, causar vibración en el dedo blanco, una condición en la que los pacientes experimentan entumecimiento y dolor permanentes en las manos y los brazos.

La investigación ahora está estudiando cómo los pájaros carpinteros protegen sus cerebros del impacto de la perforación repetida. Un estudio encontró que los pájaros carpinteros tienen varias adaptaciones de absorción de impactos que otras aves no tienen.

Su cráneo está adaptado para ser resistente y duro, y su lengua se envuelve alrededor de la parte posterior del cráneo y se ancla entre los ojos. Esto protege el cerebro de un pájaro carpintero al suavizar el impacto del martilleo y sus vibraciones.

Investigaciones como esta guían el diseño de amortiguadores y dispositivos de control de vibraciones para proteger a los usuarios de dichos equipos. El mismo concepto también ha inspirado innovaciones como las estructuras de absorción de impactos en capas para el diseño de edificios.

Las vieiras son moluscos con una concha externa corrugada en forma de abanico. La forma en zig-zag de estas ondulaciones fortalece la estructura de la carcasa, lo que le permite soportar altas presiones bajo el agua.

El mismo proceso se utiliza para aumentar la resistencia de una caja de cartón, pegando material de papel corrugado entre las dos capas externas de cartón. La introducción de una superficie corrugada aumenta significativamente la resistencia de un material, de la misma manera que doblar una hoja de papel en forma de zig-zag le permite soportar una carga adicional.

La estructura en forma de cúpula de la concha de una vieira también le permite soportar cargas significativas. Esta estructura es autoportante ya que distribuye el peso uniformemente sobre toda la forma de la cúpula, reduciendo la carga en un solo punto. Esto mejora la estabilidad de la estructura sin necesidad de reforzar las vigas de acero y ha inspirado el diseño de muchos edificios, incluida la Catedral de San Pablo en Londres.

Los tiburones tienen dos aletas dorsales que proporcionan varias ventajas aerodinámicas. Estabilizan al tiburón para que no ruede, mientras que su forma aerodinámica crea un área de baja turbulencia detrás de ellos y, por lo tanto, aumenta la eficiencia del movimiento hacia adelante del tiburón.

Las aletas de tiburón se han replicado en el transporte motorizado. Por ejemplo, los autos de carreras usan aletas para reducir las turbulencias cuando viajan a alta velocidad y mejorar la estabilidad en las curvas.

Muchos automóviles de carretera ahora tienen una pequeña "aleta de tiburón" instalada en el techo, que se utiliza para integrar su antena de radio. Esto reduce la resistencia en comparación con la antena de poste tradicional.

También nos hemos inspirado en la naturaleza para aumentar la eficiencia del vuelo de los aviones. Las alas de un búho actúan como un sistema de suspensión; al cambiar la posición, la forma y el ángulo de sus alas, pueden reducir el efecto de la turbulencia durante el vuelo. Y la investigación sobre el vuelo de los búhos puede abrir la puerta a viajes aéreos sin turbulencias en el futuro.

El mecanismo de cierre de velcro de velcro se inspiró en la capacidad de las rebabas de las plantas de bardana para sujetarse a la ropa humana.

Las plantas usan rebabas para adherir vainas de semillas a los animales y personas que pasan, para dispersar las semillas en áreas más amplias. Las rebabas poseen pequeños ganchos que se entrelazan con los pequeños bucles del material blando.

Velcro replica esto usando una tira forrada con ganchos junto con una tira de tela. Cuando se presionan juntos, los ganchos se unen a los bucles y se sujetan entre sí.

Velcro se utiliza en una amplia gama de productos en todo el mundo. Según la NASA, se utilizó en el espacio durante las misiones Apolo de 1961 a 1972 para fijar equipos en gravedad cero.