Entiende cómo funciona la biomímesis

Se refiere a las condiciones necesarias para la vida en la Tierra. Todo diseño inspirado en la naturaleza debe, en cierta medida, tener en cuenta estos aspectos:

Luz del sol, gravedad y agua: Todos los organismos están sujetos, directa o indirectamente, a la energía producida en el sol y transferida a través de plantas y bacterias. Asimismo, todos son afectados por la fuerza gravitatoria y también, por último y no menos importante, todos los procesos que ocurren en la materia viva están basados en el agua. 

Dinámica del no-equilibrio: Las condiciones en la tierra son cambiantes. En algunos lapsos de tiempo, las condiciones son estables, aunque a decir verdad, este estado de equilibrio raramente es duradero. El cambio en la cantidad de agua en el aire y los movimientos de la Tierra, entre otros, son algunos de los procesos que contribuyen a esta pérdida del equilibrio. En cualquiera de los dos casos, ya sea en condiciones estables o no, los organismos siempre presentan respuestas para adaptarse a un nuevo estado estable. 

Límites y fronteras: La vida está sujeta a las leyes físicas y químicas tales como la conservación de la energía, masa, momento, leyes del movimiento de Newton y de la termodinámica. Estas condiciones limitan y producen fronteras sobre lo que los organismos pueden hacer, producir y desarrollar dentro del planeta. 

Procesos cíclicos: Los organismos están sujetos a los ciclos solares y lunares, y, a su vez, a compuestos vitales para su existencia tales como el nitrógeno, carbono, hidrógeno, oxígeno y agua. En este aspecto, los organismos se adaptan en el espacio y tiempo a su abundancia o escasez. 

Responder a contextos dinámicos

Todos los organismos se enfrentan a cambios que ocurren durante el día, como así también durante las estaciones e inclusive a lo largo de los años. Éstos deben entonces adaptarse a estos nuevos contextos que pueden ser dinámicos o permanecer estables por largos lapsos de tiempo. En el primer caso, la flexibilidad de sus funciones les permite sobrevivir a la nueva condición adaptándose de forma rápida. Una vez la condición anterior se restablece, el organismo vuelve a su condición inicial. En el segundo, es posible que solo a través de varias generaciones algunos miembros de una población adquieran cambios genéticos que les permitan sobrevivir en el nuevo contexto. Este principio es una de las bases fundamentales de la teoría de la evolución.

Ejemplo en la naturaleza: Dependiendo de la época del año o del día, ciertas plantas se adaptan a la cantidad de luz, orientando así sus flores y tallos hacia la posición del sol en el cielo. Este fenómeno llamado heliotropismo es usado por organismos como las margaritas, las cuales emplean sus células motoras debajo de las flores para cambiar su orientación a través del día y de la temporada. 

Ejemplo en diseños humanos: Desde su fundación, Land Rover® ha diseñado automóviles que son capaces de circular en cualquier tipo de terreno. En las últimas décadas, han creado un sistema llamado respuesta del terreno que permite al conductor seleccionar varias configuraciones, adaptando el automóvil a diferentes condiciones. Cada modo de conducción maximiza su rendimiento en un terreno determinado. En el modo barro y surcos, la suspensión neumática se elevará y el sistema de control de tracción controlará, justamente, la tracción en las ruedas para evitar resbalones sobre el terreno embarrado.

Ajustarse y/o integrarse con el ambiente circundante

Una de las herramientas más poderosas que tienen los organismos es un sistema de retroalimentación que ocurre entre el exterior y el interior. Así pues, señales externas como cambios de temperatura o la presencia de un depredador (señal) son captados a través de un sistema de recepción (antena) ubicado en la frontera entre el medio ambiente y su interior (a través de la piel u orejas, por ejemplo). De acuerdo a la información obtenida, el organismo genera una respuesta al estímulo. Este ciclo antena- señal- respuesta, es especialmente importante en este principio , bajo el cual un organismo utiliza la información de su entorno más próximo para sobrevivir. En este sentido, las estrategias de respuesta a los estímulos externos deben estar alineados con las condiciones locales. Las respuestas pueden ser de corto plazo, modificando su comportamiento o generando una respuesta fisicoquímica al estímulo, como también a largo plazo, modificando su genética para producir mejores estrategias. Este principio invita a sintonizarse con las condiciones más próximas y no ser dependientes de señales lejanas al contexto local.  

Ejemplo en la naturaleza: Los frailejones, hallados en los páramos de la zona tropical de la cordillera de los Andes, nos dan un buen ejemplo de este principio. Las temperaturas en las mañanas y en ciertas épocas del año suelen ser considerablemente bajas, y, junto con presiones bajas, son capaces de congelar el agua. Los tejidos de la planta, al almacenar grandes cantidades de agua, corren el riesgo de congelarse. Previniendo esto, la planta es capaz de sensar temperaturas bajas y responder adecuadamente haciendo que el organismo, aumente la concentración de carbohidratos en los tejidos susceptibles a generar cristales de hielo, impidiendo así el congelamiento. 

Ejemplo en diseños humanos: Existe un grupo de sensores inteligentes hechos de cristales flexibles que responden a estímulos físicos y químicos. Estos cristales son, a su vez, conformados de forma similar a las estructuras encontradas en mariposas y pavos reales. En su estado primario, estos dispositivos son de color verde, pero cuando estímulos locales como calentamiento o tensión deforman la estructura, el color cambia a azul o inclusive transparente. El cambio de color es totalmente reversible una vez la condición inicial retorna a su estado habitual. 

 Fuente: https://asknature.org/innovation/intricate-sensors-inspired-by-butterflies-peacocks-and-beetles/

Usar la química que hace posible la vida

Gran parte de la química que hace posible la vida está basada en el carbono, nitrógeno, oxígeno e hidrógeno. La naturaleza también escoge otros elementos químicos que son necesarios pero en menor cantidad, es decir, de forma selectiva. Estos últimos, solo serán utilizados cuando la necesidad así lo requiera.

Tal es el caso de las toxinas, que inicialmente son de utilidad para el organismo pero en algún momento deben ser desechadas. En vez de utilizar muchos elementos diferentes, los organismos están compuestos de estructuras que son ensambladas de forma elegante para ejercer una función, tal como soporte, transporte, comunicación, entre otras. Estos elementos se encuentran dentro del grupo que llamamos químicamente amigables, ya que además pueden ser reutilizados en una variedad de maneras. Este principio nos invita al uso inteligente y creativo de compuestos que nos auyden a la conservación del planeta de una manera ecológicamente sustentable. 

Ejemplo en la naturaleza: La hemoglobina es el compuesto químico encargado de transportar el oxígeno en los vertebrados hacia sus estructuras de intercambio de gases con la sangre y evacuar el dióxido de carbono efluente de los diferentes procesos metabólicos dentro de sus órganos, tejidos y, a nivel microscópico, dentro de sus células. Este compuesto representa perfectamente el principio: La mayoría de su composición es carbono, nitrógeno y oxígeno con una pequeña adición del elemento hierro, responsable del transporte efectivo de los compuestos mencionados. Así vemos cómo la naturaleza utiliza ciertos elementos cuando es estrictamente necesario para desempeñar una función. 

Ejemplo en diseños humanos: La compañía sueca Deflamo AB® se especializa en el sector de químicos retardantes de flamas (llamas) bajo la reconocida marca Apryium®.  Estos compuestos químicos tienen la ventaja de ser biodegradables y estar basados en soluciones hechas a partir de agua, por lo cual es compatible con diferentes materiales tales como pegamentos, suspensiones y puede usarse para impregnar materiales tales como poliéster, poluiretano y celulosa, entre otros.

Ser eficiente con el uso de recursos materiales y energéticos. Se trata de tomar ventaja de recursos y oportunidades de forma inteligente. 

La naturaleza emplea los recursos materiales e inmateriales (energía e información) de forma eficiente en la búsqueda de minimizar su empleo. En consecuencia, ésta no genera desechos al producir o generar una estructura, tejido u órgano y, en forma análoga, los diseños realizados por el hombre no deberían generar desechos materiales y energéticos, es decir, tenemos que ir hacia el camino de una arquitectura y economía sustentable. Sin embargo, es importante resaltar que el menor uso de recursos no debe repercutir en un menor desempeño de una función. Este principio nos invita a maximizar nuestra creatividad en el diseño sostenible de productos y servicios a través de la utilización de la menor cantidad de recursos sin comprometer la funcionalidad. 

Ejemplo en la naturaleza: El cangrejo de arena es un gran ejemplo de uso apropiado de los recursos: Usan sus largas antenas para lavar su parte anterior a través de ondas de tensión pasiva, minimizando así el uso de energía en dicha operación. Su forma ovalada y sus fuertes apéndices hacen que excave fácilmente bajo la arena. Luego del paso de una ola, éste despliega sus antenas en el agua en movimiento permitiendo que la fina malla setosa atrape bacterias, protistas y fitoplancton del agua y haciendo que las mismas antenas barran la comida recolectada y la lleven a la boca.  

Ejemplo en diseños humanos: El proceso de pinturas de automóviles ha sido históricamente intensivo, energéticamente hablando. Recientemente, PPG®, líder mundial en la industria, ha desarrollado un proceso en el que los ahorros de energía son aproximadamente del 30% en comparación con el proceso convencional. Además, reduce las emisiones de carbono y compuestos volátiles tóxicos en un 43% y un 7% respectivamente. El proceso emplea menores temperaturas de horno (40ºC de diferencia), menor calor residual, menor demanda de aire fresco y tiempos de reacción más rápidos. Sus investigadores también han indagado en vías químicas que requieran menos energía para su producción.

Invertir adecuadamente en estrategias que promuevan tanto el desarrollo como el crecimiento

El crecimiento en la naturaleza es necesario, sobre todo en aquellos organismos que son multicelulares (hongos, plantas y animales), y que requieren una coordinación precisa para la formación de diferentes estructuras. Para ello, es necesario que durante su construcción exista un balance entre el crecimiento y el desarrollo. El desarrollo es la inversión que hacemos en dicha infraestructura para así crear una plataforma sobre la cual el crecimiento ocurre. Tal como lo menciona Dayna Baumeister en su libro Manual de recursos de biomimetismo 2014: Un banco de semillas de mejores prácticas, integrar el desarrollo con el crecimiento añade una base estable y contextualizada antes de cada fase de crecimiento y reduce las posibilidades de crear un crecimiento de forma no sostenible. Este principio nos motiva a optimizar el crecimiento por sobre su maximización en un aspecto particular. 

Ejemplo en la naturaleza: ¿Cómo puede una sola célula ser capaz de producir un cuerpo completamente nuevo? El proceso de desarrollo animal es una de las mayores maravillas de la vida, donde se integran desarrollo y crecimiento. La morfogénesis es el proceso por el cual un organismo desarrolla una forma definida. El embrión sufre divisiones secuenciales hasta un punto en el que se crea un patrón: algunas células reciben ciertas señales mientras que otras captan otras. El resultado es que algunas células se vuelven específicas para una determinada parte del organismo. Por ejemplo, una capa embriológica en los animales vertebrados llamado ectodermo creará los tipos de células que formarán el sistema nervioso. Para lograr dicha coordinación, el sistema de desarrollo usa reglas únicas como la activación o represión de genes y gradientes, entre otras estrategias.

Ejemplo en diseños humanos: Nosotros, como ciudadanos, apenas decidimos sobre los asuntos urbanos. Este es uno de los axiomas de Juicio Ciudadano en Uruguay. El mismo, hace hincapié en que la opinión de los ciudadanos es importante y debe formar parte del proceso de decisión en temas críticos y específicos, tal como se realiza en Dinamarca. Normalmente, hemos adoptado un enfoque de arriba hacia abajo donde las instituciones estatales deciden sobre asuntos políticos, económicos, legales y sociales bajo el supuesto de que los expertos en esos asuntos darán la mejor decisión posible. Sin embargo, en muchas ocasiones este no es el caso. Lo que plantea el Juicio Ciudadano es que, justamente, los ciudadanos se reúnen junto con expertos que describen objetivamente todos los antecedentes necesarios para tomar decisiones. Las reuniones son vinculantes, ya que las autoridades estatales están presentes y moderan las sesiones. Luego de la exposición, ciudadanos provenientes de diferentes ramas de la sociedad votan sobre el tema tratado, realizando el proceso a la inversa, es decir, de abajo hacia arriba. De esta forma se asegura que el crecimiento del país vaya de la mano con su desarrollo dentro de un marco realista.

Incorporar la información para fortalecer un desempeño de largo plazo

La evolución es un proceso a través del cual los organismos se adaptan al medio en el que viven y a aquellas condiciones que solamente cambiarán en el largo plazo. En este caso, solamente los organismos aptos para sobrevivir a una condición particular podrán sobrevivir dentro de una población. Internamente, cada uno tiene en su material genético la información que determina si para aquella circunstancia particular está en capacidad de vivir o no. Las mutaciones, recombinaciones que ocurren en la reproducción o los procesos evolutivos, determinarán si el material genético cambia lo suficiente y le permite evolucionar y coexistir con el ambiente que lo rodea. Este principio nos invita a realizar cambios necesarios para sobrevivir en el largo plazo. 

Ejemplo en la naturaleza: El origen de la fotosíntesis, es uno de los eventos más importantes de la historia natural. ¿Cómo se logró esto? En tiempos anteriores al florecimiento del reino vegetal, era común que las células animales engullieran otros organismos para alimentarse, como por ejemplo las bacterias. Pero en algún momento ocurrió un “error”. Una bacteria verde sobrevivió dentro de estas células, formando una sociedad entre los dos organismos. A dicha sociedad hoy la llamamos cloroplastos. Esta teoría endosimbiótica ha sido probada por diferentes científicos. La creación de una célula que pudiera reproducirse sexualmente y realizar la fotosíntesis permitió a las plantas colonizar la tierra y reverdecer el planeta. En resumen, este nuevo organismo evolucionó para condiciones que aún no estaban presentes en la tierra pero que se desarrollaron con el tiempo.

Ejemplo en diseños humanos: Después de la Segunda Guerra Mundial, muchas economías resultaron frágiles y con una probabilidad significativa de fracasar. Un grupo de países llamados Tigres Asiáticos (Corea del Sur, Hong Kong, Taiwán, Japón, Singapur, Malasia e Indonesia) decidió evolucionar de forma independiente y crear economías sostenibles. Idearon un plan flexible a largo plazo que incorporó nuevos elementos para su prosperidad y buen desempeño. Para sobrevivir en el contexto global utilizaron las siguientes estrategias: Primero, se estableció un entorno empresarial estable, respetando notablemente los derechos de propiedad, bajando la inflación para incentivar la inversión a largo plazo, manteniendo el gasto público reducido y con altas tasas de ahorro. Segundo, la inversión en las personas fue una estrategia clave. Los estándares educativos eran muy altos, con una gran proporción de personas que se graduaron de la escuela secundaria en Japón y Corea. Tercero, adoptaron el comercio internacional, creando condiciones adecuadas para exportar. Así, estos elementos ayudaron a acelerar la industrialización y diversificar cada economía. El resultado neto son siete países que mantienen ya hace más de tres décadas economías fluídas.