Cuando hace unos años se pidió a una inteligencia artificial diseñar la estructura de un dron en base a una serie de especificaciones técnicas, el resultado final resultó sorprendentemente similar a la pelvis de una ardilla voladora. ¿Por qué? ¿Qué tenía que ver un dron humano con un roedor?
Pensemos que la ardilla voladora se tomó su tiempo para evolucionar a su estado actual. Toda ella, y eso incluye sus huesos, es una estructura optimizada para, con cuatro puntos de apoyo —como las hélices del dron—, llevar el máximo peso con el mínimo gasto energético.
Algo similar ocurre hoy día con los edificios y otras estructuras naturales, tales como termiteros, árboles u hojas de loto. La biomimética forma parte de la idea de que el problema ingenieril al que nos enfrentamos ya está resuelto en la naturaleza, y trata de recrear su solución de manera artificial. Si la naturaleza ya lo ha inventado, ¿por qué no copiarlo?
Empezaremos mencionando algunos materiales biomiméticos, así como alguna de sus aplicaciones técnicas, pasaremos por algunas formas que hemos copiado de la naturaleza, y luego nos tomaremos nuestro tiempo con la termorregulación en edificios.
Materiales biomiméticos
Hace tiempo fue muy sonado un spray mágico con el que, rociada una superficie, esta no permitía que se fijase el agua. Al salpicar la superficie tratada, o incluso al meterla bajo un abundante chorro de agua, las gotas rodaban, dejándolo seco y limpio. Descubrir las superficies superhidrófobas fue un logro para la humanidad, pero –ahí donde la vemos– la planta de loto lleva haciéndolo millones de años.
Fuente: Ralf Pfeifer
Gracias a la fabricación mediante nanotecnología de este tipo de superficies, es probable que limpieza sea un concepto des-uso dentro de unas décadas. Las primeras aplicaciones han sido, precisamente, la de superficies autolimpiantes. Ya está disponible a nivel comercial, y probablemente en unas décadas este tratamiento sea universal.
En un sentido opuesto al loto tenemos al gecko, un animal que usa sus patas para fijarse a distintas superficies. Gracias al copiado esta tecnología, en 2002 nacía el Stickybot (robot pegajoso) y en 2008 el Speedy Freelander.
Fuente: Bjørn Christian Tørrissen / Svenbot
La tecnología de estos robots podría ser clave no solo en rescates en el futuro, sino también en nuevas formas de anclaje de elementos mecánicos tales como tirantes de acero.
Otra tecnología basada en materiales y superficies es la regulación de la temperatura interior en base al color. Aunque se conoce generalmente por ayudar a los animales a esconderse, se sabe que a menudo los cambios de coloración tienen un uso termorregulador. Esto es clave en la edificación, donde el coste de climatización es muy elevado. Lo veremos más adelante.
Diseño y formas biomiméticas
En la naturaleza resulta complicado diferenciar forma y función. Nada en los animales, plantas y hongos es trivial o tiene propósitos meramente decorativos. Aunque ahora mencionaremos formas aplicadas a estructuras en movimiento, luego trataremos otras en varios ejemplos de edificios.
Fuente: Jose B. García Fernández
Uno de los casos más conocidos de forma funcional aplicada a la ingeniería es el perfil de las alas de los aviones o las velas de los veleros. Cierto, no se agitan para conseguir impulso —eso lo hacen los motores o el viento— ni tienen plumas. Pero es el perfil alar (forma resultante de cortar ala y vela) el responsable de que los aviones puedan sostenerse en el aire y que este impulse los barcos de vela.
Fuente: 3dman_eu
Este mismo perfil también sirve de base para los molinos de viento, las paletas y rotor antipar de un helicóptero, las turbinas de las centrales térmicas o las alas delantera y trasera (front wing y rear wing) de los Fórmula 1.
Pero no hay que salir de veleros y aviones para localizar otra de las formas que la humanidad ha usado durante milenios, muchos de los cuales sin saber por qué, y que viene de los animales. Es la forma de huso, llamada fusiforme, que orienta sobre las proporciones perfectas para objetos que se mueven a través de fluidos.
Fuente: Hans Braxmeier / skeeze
Como bien saben los pescaderos, la mayoría de los peces tienen forma de huso se miren en la dirección que se miren. En las aves esto es más complejo de visualizar, a menudo imposible hasta que no alzan en vuelo. Pero gracias a esa forma, la resistencia del aire y agua a su avance es mínima.
Esta forma de huso se ha usado en barcos y aviones durante toda nuestra historia, pero también la vemos en tablas de surf, cascos y, por supuesto, en ruecas.
Arquitectura biomimética – Edificios y temperatura
Existen diferentes maneras de adaptar la biomimética a los edificios, especialmente si empezamos a considerar estructuras mixtas tales como construcciones móviles o con sistemas de recuperación de energía mecánica. Sin embargo, vamos a centrarnos en cómo algunos edificios usan diferentes propiedades vistas en la naturaleza a la hora de minimizar el gasto energético de la climatización.
Dado que ya hemos visto algunas propiedades de estructuras tales como barcos, aviones, robots y superficies que se limpian solas, ahora nos centraremos en la temperatura de confort y en distintas formas de alcanzarla con la biomimética.
Termorregulación por forma
Un caso excepcional de edificio biomimético es el Centro Eastgate, en Zimbabue. Se trata de un centro comercial que abrió en 1996 y que usa un mecanismo de termodisipación similar al de los termiteros. Permite ahorrar cerca del 70% de la energía que hubiese consumido de haber seguido patrones más clásicos de arquitectura.
Fuente: Bengt Olof/ KVDP
Los termiteros son estructuras inmensas —muchas de ellas pueden llegar a los 4 ó 5 metros de altura— que sirven de hogar para colonias de millones de termitas. Especialmente en climas cálidos, donde la temperatura del suelo y del aire ronda los 40ºC, se hace necesaria una solución ingenieril (o termitera, por lo visto) que ayude a disipar el calor interior.
Para ello, las termitas aíslan las paredes del cúmulo —que reciben el grueso de la radiación solar— de las cámaras interiores. Estas, además, se construyen en vertical y partiendo de un enorme habitáculo cavernoso bajo tierra. El aire frío de este habitáculo es succionado por las corrientes cálidas que, por convección, tienden a ascender.
No es lo único que inspiran las termitas. La Harvard University fue más allá en 2014 y empezó a investigar no solo el mecanismo térmico de los termiteros, sino el modo en que las termitas construían para adaptarlo a los robots:
Se espera que en el futuro robots parecidos a los TERMES de la HU sean los que construyan nuestros edificios en base a un patrón.
Termorregulación por color
Antes hemos mencionado que algunos animales regulan su temperatura variando el color de los pigmentos de su cuerpo. Algo que nos vendría muy útil en edificios de las zonas templadas. Si estos se pintan de blanco, en invierno darán pérdidas energéticas al no aprovechar el calor del sol, mientras que si se pintan de negro en verano se convertirán en un horno de cocción —y nosotros seremos lo que se cocina, dentro—.
Esto es precisamente lo que evita la pintura termocrómica o termocromática.
Pensemos en dos capas de pintura sobre una fachada: una blanca pegada al edificio, y una negra sobre la blanca. Dado que los rayos de sol inciden en la cara negra, esta se calienta. Algo muy útil durante el invierno, ya que el calor pasa al edificio, evitando en parte el uso de calefacción.
Fuente: Energía y formación
Al alcanzar una cierta temperatura ocurre la magia. Las moléculas del pigmento negro empiezan a orientarse de modo que este aparece grisáceo y, finalmente, translúcido —algo parecido a lo que pasa con las gafas polarizadas—. Es decir, una vez superada una temperatura, la fachada se vuelve blanca y hace que los rayos de sol sean reflejados hacia fuera. Perfecto de cara al verano.
Dado que la radiación solar varía mucho de una estación del año a otra en las zonas templadas, el color de los edificios ha sido un arduo debate durante décadas. Este tipo de pintura podría solucionar el debate, y ayudarnos mientras tanto a ahorrar en calefacción y aire acondicionado.
Además, nos daría una ciudad cambiante con las estaciones.
Termorregulación robotizada
¿Por qué no ir más allá?, se preguntaron los arquitectos del Kiefer Technic Showroom. Esta edificación de 2007, situada con orientación sur en Austria —también un país templado— aprovecha una serie de paneles cerámicos modulares y robotizados a la hora de hacer frente a las diferencias de luminosidad externa, y así regular la temperatura del interior.
Dado que los paneles son blancos, son perfectos a la hora de hacer rebotar el calor cuando estos están sobre la fachada. Lo cual es perfecto en verano, donde cada usuario podrá regular la abertura de los paneles para jugar con la luz natural y el calor que esta aporta, rechazando el exceso no deseado.
En invierno, estos paneles puede abrirse del todo, aprovechando para que el Sol caliente la masa térmica de suelos y paredes, y cerrarse durante la noche para conservar el calor.
A pesar de que ahora está de moda, llevamos usando la biomimética durante bastante tiempo. Desde los molinos de viento del Quijote —que aprovechaban el perfil alar para moler el grano— al modo en que copiamos a las hojas para fabricar paneles solares.
Teniendo en cuenta las millones de iteraciones (entendidas como seres vivos) que la naturaleza nos ofrece, no es de extrañar que la biomimética sea un requisito en las estructuras del futuro.
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