Biomimética: la ciencia que plagia a la naturaleza

Ha nacido una nueva ciencia, la biomimética o biomímesis (de bio, vida y mimesis, imitación). Los científicos que la impulsan diseñan sistemas, módulos y procesos que imitan las soluciones que encuentra la naturaleza para adaptarse al mundo. Así, tenemos:

* Un pez robótico convertido en el flautista de Hamelin, capaz de liderar un cardumen que pondrá a los pececitos a salvo de la extinción o los llevará directo a las redes que tiende en los océanos la industria del pescado.

* Una planta de hojas tan perfectamente pulidas que ha servido de musa para crear materiales biológicos potencialmente capaces de desterrar al personal de limpieza.

* Un escarabajo perdido en el desierto puede parecer poco interesante. Las cosas cambian cuando sabemos que durante millones de años ha sobrevivido gracias a una ventaja evolutiva, que le ha permitido recolectar agua del aire. Y que la estructura biológica de su coraza ha.inspirado al Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) para desarrollar mecanismos de recolección de agua que pueden favorecer a la agricultura y a la producción de agua potable en zonas desérticas.

No te des por vencido antes de seguir leyendo. Algunas aplicaciones de esta tecnología inversa (que no explota a la naturaleza sino que aprende de ella) son bastante divertidas. El aporte más chillón a esta fauna sintética es quizás el que llega rodando hasta los pies de la industria del entretenimiento. Un ejemplo maravilloso es un caballo animado, creación de la compañía sudafricana Handspring Puppet.

El año pasado, sus creadores —una cruza rara de artesanos de la ventriloquía y titiriteros high tech— abrieron su presentación en Ted Talk con una hiena que finge reír a carcajadas.
No sólo estudian los repliegues íntimos del comportamiento zoológico, también les interesa el impacto que esta serie de artilugios causa en el hombre: las reacciones de algunos de los niños que presenciaron la llegada de unos monstruos animatrónicos del Jurásico tampoco se diferenciaron tanto de lo que hubiese sucedido si la siguiente escena hubiera sido protagonizada por dinosaurios hechos de materia viva.

Estas criaturas, sistemas y cosas que el hombre copia de la naturaleza surgen de una disciplina científica tan nueva como el siglo XXI. Impulsan este campo de investigación biólogos, bioquímicos, neurobiólogos, físicos y arquitectos, quienes se inspiran en los sistemas vivos o naturales para resolver problemas humanos. Ellos parten de la idea de que el universo le lleva miles de millones de años de ventaja —y de permanencia exitosa— al cerebro humano. Y que, en muchos casos, es mejor imitar que intentar superar el original. A lo largo de 3,8 billones de años de evolución, los sistemas biológicos tienden a generar estructuras compatibles con el entorno, a comportarse de manera respetuosa con el ambiente y, a menudo, no agreden a la porción biológica del planeta de la que se ocupan los antropólogos.
Insectos extremófilos sobreadaptados a ambientes hostiles, plantas que florecen en sitios donde ni siquiera crecen los yuyos, fuerzas que erosionan las geografías o acompañan el vaivén de los océanos bajo el influjo de la mareas, son todas manifestaciones que no solo generan una biocultura propia, también desatan subfenómenos de los cuales hay mucho que aprender.

RobofishDesarrollemos nuestros tres ejemplos. Dos estudiantes del Instituto Politécnico de la Universidad de Nueva York crearon una réplica de un pez Notemigonus crysoleucas, más conocido como carpita dorada. En la última edición del Journal of the Royal Society, Stefano Marras y Maurizio Porfiri explican que, cuando colocaron la sardina biomimética en un túnel de agua que simula la correntada de un río, el cardumen se alineó mansamente alrededor del robot. La mayoría de los peces acompañó el ritmo y la velocidad del falso pez, un comportamiento coherente con lo que sucede en el mundo real, ya que los peces forman bancos para reducir la resistencia del agua y avanzar más rápido. Curiosamente, sus compañeros "de escamas y cartílago" no advirtieron el engaño, pese a que el robopez es dos veces más grande que otro real. Tal vez, lo creyeron "un par" porque tiene su misma forma e imita bien el movimiento de la cola. "Los peces se mostraron más atraídos hacia el robot cuando movía la cola", escriben Marras y Porfiri en el artículo. El experimento, continúan los investigadores, es una oportunidad para comprender, e incluso controlar, el comportamiento social de los peces, y aprender más sobre cómo buscan sustento, pareja y contraen ciertas enfermedades. Un robopez manejado desde un telecomando podría desviar a los peces durante derrames de petróleo, enseñarles nuevos rumbos o… conducirlos fácilmente a una red de pesca (¿cuántos lectores se negarán a deleitarse con un buen salmón a la plancha con brocheta de langostinos?).

Gota de agua sobre un loto sagrado (wikimedia)A fines de los setenta, Wilhelm Barthlott, un botánico de la Universidad de Bonn, estudió lo que luego se llamó el "efecto loto". La investigación se basa en la extraordinaria capacidad que posee la planta del loto sagrado (Nelumbo nucifera) para repeler la suciedad, que ya tiene aplicaciones biomiméticas en bactericidas y autolimpieza.
Barthlott notó que las gotas de agua sobre las hojas de esta planta acuática irradian un brillo particular. "La lluvia arrastra la suciedad de su superficie con mucha más facilidad y rapidez que en cualquier otra planta", cuenta Peter Forbes en la revista Investigación y Ciencia Nº 404 (mayo 2010). Esta ventaja evolutiva rechaza las gotas de lluvia, que al resbalar sobre la hoja arrastran partículas y bacterias que pueden amenazar la supervivencia de la especie.
Las propiedades hiperhidrófobas de la planta del loto surgen de la combinación de dos factores propios de la superficie de la hoja: su textura cérea (cristales de cera) y las pequeñas protuberancias de escala nanométrica que la recubren. De ahí a imaginar una ciudad del futuro donde una ligera lluvia podría lavar completamente las paredes y ventanas de los edificios, sin intervención humana, hay un paso. Por lo pronto, su principal aplicación ha sido una pintura para fachadas, StoLotusan, producida por una multinacional de origen alemán.

Escarabajo Stenocara (wikimedia)Andrew Parker, zoólogo de la Universidad de Oxford, vio que en una foto escarabajos stenocara devoraban una langosta en el desierto de Namibia, uno de los sitios más calurosos del planeta.
La langosta había muerto por efecto del calor. Y durante su frugal almuerzo, a los escarabajos no parecía afectarles las altas temperaturas. El investigador pensó que el exoesqueleto del bicho debía reflejar el calor. Eso era verdad, pero además, cuando examinó a un ejemplar de cerca, descubrió que se surtía de agua gracias a un mosaico de puntos hidrófóbicos (que repelen el agua) e hidrofílicos (que la atraen) que cubren su caparazón. Este increíble sistema, que no es sino otra de las maravillas adaptativas previstas por la evolución, captura micro-gotas de rocío o niebla que trae el viento para conducirlas hasta la boca del escarabajo.
El descubrimiento de Parker permitirá diseñar carpas o paneles para techos que generarán agua para beber y para agricultura en regiones áridas. Los investigadores del MIT Michael F. Rubner y Robert E. Cohen hoy desarrollan materiales que imitan la contextura que el escarabajo ha desarrollado a lo largo de millones de años para cosechar agua en los sitios más pobres y recónditos del planeta.
La biomimética es una disciplina que exige un gran cambio de perspectiva. Y sus promotores probablemente no se equivocan cuando invitan a universidades, laboratorios, creativos y empresarios a mirar el mundo con ojos renovados. Se podría decir que ella es a la ciencia lo que el panteísmo a la religión: si los que adhieren a esta creencia dicen que fuerzas de la naturaleza son la divinidad misma, aquí la naturaleza es la cocina misma del quehacer científico.

Alejandro Agostinelli es periodista y editor del blog Factor 302.4