Autores: Real Jardín Botánico de Madrid, Real Jardín Botánico Juan Carlos I (Alcalá de H.)     

   

“A Imagen y Semejanza”        Cursos 

 

3º‐4º E.S.O        Materiales   Ordenadores con conexión a Internet  (pueden ser los de casa de los  alumnos)     Material preparación de póster  (cartulina, rotuladores…). También se  puede hacer en formato digital.      Competencias     Debate   Observación    Razonamiento   Trabajo en equipo    Palabras clave: Biomímesis, biomimética,  biomimetismo, estructura, función,  biodiversidad, adaptaciones, imágenes  naturaleza. 

 

  Resumen de la actividad:  

Los alumnos deberán relacionar imágenes del  mundo natural con imágenes de objetos o  materiales creados por el hombre que se  asemejen en estructura, diseño y/o función.  Deberán elegir los pares más interesantes,  ampliar información sobre ellos y exponerlos ante  la clase.   

  Objetivos:   Que el alumno conozca algunas de las  sorprendentes y variadas formas y mecanismos  adaptativos de la naturaleza. Incentivarle para  que aprecie y respete la biodiversidad con todos  sus "prodigios", de los cuales el hombre tiene aún  tanto que aprender.  Fomentar la curiosidad natural y el trabajo en  equipo.    

             

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‐Desarrollo de la actividad:      Los alumnos se dispondrán en grupos de 2 o 3. Deberán relacionar los dos montones de  imágenes que se les suministra. En uno de los montones, encontramos fotografías de animales  y plantas. En el otro, imágenes de objetos y materiales creados por el hombre cuya estructura  o diseño es similar a la de un animal o planta del primer montón.    En algunos casos, el objeto o material se ha creado ex profeso imitando directamente una  planta o animal (o alguna sustancia producida por ellos). En estos casos, nos encontramos ante  un ejemplo de Biomímesis: (de bio, vida y mimesis, imitar), también conocida como  biomimética o biomimetismo, es la ciencia que estudia a la naturaleza como fuente de  inspiración, desarrollando nuevas tecnologías innovadoras para resolver aquellos problemas  humanos que la naturaleza ha resuelto, mediante los modelos de sistemas (mecánica),  procesos (química) y elementos que imitan o se inspiran en ella.    En otros casos, se trata simplemente de una "convergencia" de formas naturaleza‐ hombre  adecuadas para una determinada función.    Cada grupo deberá elegir varios pares de los ejemplos que considere más interesantes para  obtener información sobre ellos. Por ejemplo: sobre la especie del par en concreto, sobre  cómo se desarrolló el objeto/material en cuestión, sobre la ventaja de esa forma o estructura  particular…   Deberá realizar un póster por cada par elegido y presentarlo al resto de la clase.  Si coinciden varios pósters con el mismo par, la clase deberá votar aquel cuya información sea  más completa y mejor estructurada.                         

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  ‐"Soluciones" e información complementaria:    Loto‐ Pinturas autolimpiadoras  El loto es una planta acuática perenne que crece en el barro del fondo de estanques, lagos y  lagunas de poca profundidad, marjales y campos inundados de China. Sus grandes hojas se  elevan por encima de la superficie del agua sobre pecíolos de 1 a 2 metros de longitud. La  superficie de las hojas es sorprendentemente hidrófuga y ha inspirado el término "efecto  loto". Este término describe la capacidad de autolimpieza de las hojas que es debida a la  compleja nanoestructura de la superficie foliar que minimiza la adherencia; las partículas de  suciedad son arrastradas por gotitas de agua.  El estudio de científicos acerca de la hoja de loto llevó a la creación de productos de limpieza e  incluso pinturas de exteriores, las cuales son capaces de repeler el agua o cualquier otro tipo  de agente que ensucie la superficie de los materiales tratados. 

Geco‐ materiales adhesivos    El Geco es un pequeño lagarto que tiene la particularidad de disponer de unas patas super‐ adhesivas a cualquier superficie. Esto es debido a que las plantas de las patas del Geco  disponen de pelos microscópicos que gracias a la carga eléctrica opuesta entre las moléculas  de los micropelillos y las moléculas de la superficie donde se encuentran, hacen que su  adhesión sea perfecta.  Los científicos han estudiado a fondo dicho mecanismo natural del lagarto Geco. En estos  momentos se trabaja para sacar al mercado nuevos materiales que permitan desde guantes  más adherentes hasta material médico de mejor calidad.   

Panal‐ ventiladores y material de construcción  La abeja construye sus panales para depositar en ellos la miel que fabrica; estos panales están  hechos de cera. La abeja busca obtener una forma de panal que sea la más económica posible,  es decir que presente el mayor volumen para la menor porción de material empleado.  Es necesario que la pared de un panal sirva también al panal vecino. Por lo tanto, el panal no  puede tener forma cilíndrica, pues de lo contrario cada pared sólo serviría para una celda   Los únicos prismas regulares que pueden ser superpuestos sin dejar intersticios son: el  triangular, el cuadrangular o el hexagonal.  

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Las abejas eligieron el último. ¿Sabéis por qué? Porque entre los tres prismas regulares  construidos con cera, el hexagonal es el de mayor volumen. De este modo se puede almacenar  la máxima cantidad de miel invirtiendo la mínima cantidad de cera.  La forma de panal se ha utilizado en la industria, por ejemplo en las rejillas de ciertos  ventiladores y túneles de viento ya que su estructura minimiza las turbulencias.  Esta estructura también se ha imitado en materiales de construcción por su gran resistencia y  ligereza.   

Planta Carnívora‐ Trampa  Una especie de cepo que se convierte en una jaula es el mecanismo de la planta carnívora más  conocida, la venus atrapamoscas (Dionaea muscipula), junto con la Aldrovanda vesiculosa. Son  las dos únicas especies que presentan este mecanismo. El animal es atraído por un néctar  dulce, se posa en la hoja y cuando roza los cilios detectores el cepo se cierra automáticamente.  Las espinas de los bordes impiden el escape de la presa, que se mueve dentro de su prisión, y  eso estimula la secreción de jugos digestivos para su desintegración, que dura varios días.  Estas plantas carnívoras mordedoras pueden cerrar su trampa en una décima de segundo y  ejercer una fuerza comparable a la de un cepo para osos. El mecanismo se activa cuando la  presa toca un pelo sensorial dos veces (o bien dos pelos distintos) en menos de veinte  segundos (así se evita que la trampa se cierre por objetos inanimados).   

Hoja flotante ‐Balsa  Las hojas flotantes son únicas al estar expuestas al aire y al agua al mismo tiempo. Las especies  que tienen este tipo de hojas han desarrollado esta adaptación para que las hojas estén  expuestas al aire aún viviendo en medios acuáticos, lo que le confiere ventajas con respecto al  intercambio de gases.   El gigantesco lirio acuático Victoria regia tiene hojas flotantes tan grandes, que una puede  soportar el peso de un niño, como una balsa. Las hojas pueden crecer hasta medir 2,4 metros  de diámetro. 

Hoja‐ Panel solar  Como las hojas de una planta, el panel solar se extiende bajo el sol para aprovechar su luz. Éste  está formado por numerosas células fotovoltaicas que convierten la luz en electricidad.  Las hojas de las plantas pueden tener muchas formas diferentes, pero la mayoría de ellas  cuenta con un limbo ancho y plano para captar mejor la luz y así poder hacer la fotosíntesis.      

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Mejillón‐ Pegamento  Los mejillones son criaturas fascinantes. Pueden pegarse a todas las superficies orgánicas e  inorgánicas, en agua salada, e incluso en entornos salpicados por furiosas olas y mareas. Ya sea  en la madera de un muelle, el metal del casco de un buque e incluso sobre el cuerpo de sus  compadres; los mejillones se pegan a todo.  Esto es debido a una secreción viscosa del mejillón en forma de hilos que se endurece  gradualmente en contacto con el agua de mar. Se llama biso, se la conoce por “seda de mar” y  es con lo que el mejillón se fija a su sustrato tan eficientemente.   Recientemente, unos investigadores alemanes descubrieron que estos hilos que forman sus  barbas contienen una capa externa de proteína con iones metálicos, que es lo que les  proporciona una dureza y extensibilidad excepcionales.  Los científicos están trabajando para sintetizar un pegamento como el del mejillón, que  supondría un paso crucial para la cirugía con el desarrollo de un potente adhesivo cicatrizante  que evitaría suturas, así como para unir piezas metálicas debajo del agua.    

Cardo alpino‐ Velcro   George de Mestral, ingeniero eléctrico nacido en Suiza hacia principios de 1900, paseaba un  día con su perro por el campo. A la vuelta de dicho paseo, George vio cómo se habían adherido  a sus pantalones y al pelo de su perro los cardos alpinos (Arctium lappa)  y lo difícil que era  desengancharlos del tejido.  Estudiando algo mejor el diseño que tenían estos cardos, George de Mestral creó el Velcro  como hoy lo conocemos: una manera de juntar dos superficies de modo que la adhesión sea lo  suficientemente resistente como para que se deba hacer bastante fuerza para separar ambos  lados.   

Tela de araña‐ Fibras sintéticas  Las propiedades mecánicas de la seda dependen fuertemente del tamaño y dieta de la araña,  temperatura del cuerpo de la araña, velocidad de hilado y composición de aminoácidos. La  araña puede controlar con precisión la secuencia de los aminoácidos que componen las fibras,  con el fin de ajustar las propiedades mecánicas de cada seda según sea su función. Un hilo  común de la seda de la tela de araña es capaz de extenderse hasta 70 kilómetros sin quebrarse  sobre su propio peso, y se puede estirar hasta 30 ó 40% más allá de su longitud inicial, sin  romperse, mientras que el nylon resiste un estiramiento de sólo un 20%. Se dice que la seda  que produce la araña posee una resistencia tal que si fuera posible construir una tela con el  grosor de un lapicero, sería capaz de detener un avión Boeing 747 en pleno vuelo. 

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Muchas  fibras  sintéticas  llegan  a  módulos  de  elasticidad  y  tensiones  de  estiramiento  elevadísimos,  debido  a  cristalinidades  muy  altas.  Debido  a  la  alta  cristalinidad,  estas  fibras  tienden a ser quebradizas y por lo tanto no muy resistentes cuando están bajo compresión. Sin  embargo,  el  hilo  de  la  tela  de  araña,  a  pesar  de  no  llegar  a  los  módulos  de  elasticidad  extremadamente altos de algunas fibras sintéticas, posee un alto alargamiento de ruptura y es  más fuerte bajo compresión.  Es importante subrayar que el mecanismo de producción de algunas fibras sintéticas implica el  empleo de altísimas temperaturas y presiones muy elevadas, además de la utilización de  compuestos muy tóxicos y no biodegradables. En cambio la araña produce fibras con el  balance exacto de propiedades para la aplicación específica que necesite, y el método de  producción es no contaminante, lo produce en su abdomen, a temperatura ambiente y presión  normal, usando insectos como el material base, no hay residuos tóxicos y es biodegradable. 

  Colmillos de serpiente ‐Aguja hipodérmica  Una aguja hipodérmica es un producto sanitario formado por una aguja hueca normalmente  utilizada con una jeringa para inyectar sustancias en el cuerpo. También pueden ser utilizadas  para tomar muestras de líquidos y tejidos del cuerpo, por ejemplo tomando sangre de una  vena.   Pero este invento ya existía mucho antes de que fuera creado en 1853 por Alexander Wood,  médico de Edimburgo cuya esposa padecía un cáncer incurable, quien desarrolló la aguja  hipodérmica para inyectarle morfina. Las serpientes venenosas utilizan saliva modificada   (veneno), dispensada a través de los dientes sumamente especializados tales como colmillos  huecos, para el propósito de inmovilización de la presa y autodefensa. 

Martín Pescador ‐Tren Bala  Los ingenieros encargados de la construcción de Shinkansen en Japón, o trenes bala, lograron  hacerlos viajar 200 kilómetros por hora, pero su ruido excedía las normas ambientales ya que  dicho tren viajaba en un estrecho túnel que creaba un gran estampido al salir.  Parte del problema era la forma de la punta del tren; su forma de bala "empujaba" el aire en  vez de "atravesarlo". Para resolver el problema, los ingenieros se inspiraron en el pico del   martín pescador, que puede sumergirse en agua sin apenas salpicar, es decir, sin apenas  alterar el medio.  Como resultado, a parte de disminuirse el ruido notablemente,  los trenes son el 10 por ciento  más rápido y consumen un 15 por ciento menos electricidad.       

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Ballena Jorobada‐ Turbina  El mamífero más grande de la Tierra, que puede medir más de 15 metros y superar las 35  toneladas de peso, es conocido por su eficiente método para capturar las grandes cantidades  de krill con que se alimenta, creando cortinas de burbujas separadas apenas 1,5 metros entre  sí. Su destreza se debe fundamentalmente al diseño de sus extremidades, que incluyen bultos  o nódulos aparentemente dispuestos al azar y con una regularidad incomprensible a simple  vista.  El estudio de estos forúnculos ha desvelado el secreto de su existencia: la ballena genera  corrientes que se convierten en una miríada de vórtices turbulentos al paso de las aletas.  Gracias pues a estos bultos, se crean corrientes de agua consecutivas que ayudan a la mole  animal a estabilizar su gigantesca inercia y moverse con la destreza, facilidad y exactitud de  animales con un tamaño muy inferior. Esto aumenta la capacidad de giro y estabilidad de un  animal que emplea buena parte de su esfuerzo en localizar los mayores bancos de krill y  barrerlos con su boca.  Conscientes de la asombrosa eficiencia en la aerodinámica de un cuerpo tan pesado y extenso  como el de la ballena debido a un puñado de forúnculos en la punta de las relativamente  pequeñas extremidades del animal, los ingenieros han aplicado los mismos principios al diseño  de turbinas eólicas para aumentar su eficiencia.   

Bañador – Piel de tiburón  Este bañador es el resultado de cuatro años de investigación, miles de pruebas en túneles de  agua, modelos computerizados realizados por prestigiosas empresas de efectos especiales y un  estudio detallado de los dentículos dérmicos de la piel del tiburón.   Para realizar el traje de baño, lo primero que hicieron los técnicos fue fabricar unos maniquíes  de tamaño real que representaran de forma virtual y real a nadadores olímpicos, masculinos y  femeninos. Para ello, los deportistas 'posaron' para un escáner de cuerpo entero, con los que  una empresa que ha realizado los efectos especiales de películas como Spiderman o Matrix  realizó todo tipo de pruebas computerizadas.   "Creábamos corrientes en nuestro ordenador, analizamos el flujo del agua, las zonas de  rozamiento, las olas... y conseguimos realizar el bañador más rápido del mundo", asegura uno  de los responsables de Speedo.   Después de las pruebas en el ordenador vinieron las 'pasadas por agua'. Unos 450 nadadores  probaron en  piscinas y en túneles de agua, los nuevos bañadores, en los que las costuras  actúan como tendones y añaden tensión al traje mientras los paneles del tejido del traje  actúan como músculos, estirándose y volviendo a su posición original.    

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El resultado es un bañador que incrementa la velocidad de los nadadores al reducir el  rozamiento hasta un 4%.  

Pájaro‐ Avión  Ya a comienzos del siglo XVI Leonardo da Vinci se preocupó de analizar el vuelo de los pájaros y  anticipó varios diseños que después resultaron realizables.  Los buitres, por ejemplo, curvan los extremos de sus alas en vuelo, esto disminuye las  turbulencias que se van produciendo hacia el final de cada ala y les permite un mayor  rendimiento aerodinámico: menor consumo de energía y menos esfuerzo en largos vuelos a  baja velocidad, además de una sustentación mayor con un una menor envergadura.  En el diseño del Airbus A300 se encontraron con el problema de que, para el peso y tamaño  del avión, se necesitaba una envergadura que suponía un problema de normativa y de  dimensiones en muchos aeropuertos, por lo que se fijaron en las aves para copiar el citado  diseño, “inventando” los dispositivos de punta alar o “winglets”, que son esas aletas verticales  en los extremos de las alas que ya se ven en muchos otros modelos. Estos “winglets” les  permitieron tener la suficiente sustentación, con una envergadura significativamente menor ya  que, esa aleta así dispuesta, equivale a una buena porción de ala. Además, por la disminución  de las turbulencias, se consigue un mejor rendimiento y como consecuencia, un importante  ahorro de combustible. 

  Pez caja‐ Mercedes  Mercedes se ha inspirado para este modelo en el pez caja; un pez tropical con forma de cubo  que a pesar de su robustez es sumamente hidrodinámico.  El resultado es un vehículo biónico de consumo reducido y mínima emisión de gases, con  líneas extremadamente aerodinámicas.  En este vehículo la forma del pez se nota mas en la parte lateral de coche y en la delantera; es  simple, sencillo y un excelente ejercicio de diseño. 

 

Termitero‐ Centro Comercial Eastgate Center  Las termitas (isópteros) son grandes constructores de la naturaleza. Sus colonias, los nidos,  llegan a medir hasta 8 metros de altura. Las “paredes” son hechas con partículas del suelo  mezcladas con la saliva de estos pequeños obreros y resisten a diversos riesgos externos, como  fenómenos naturales y algunos predadores.    Pero lo que llama la atención en estos nidos es el hecho de que están construidos para  mantener un ambiente con temperatura, humedad y ventilación precisamente controladas.  Esta fue la inspiración para el sistema de enfriamiento del Eastgate Center, un centro  comercial en la ciudad de Harare, Zimbabue. 

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  El edificio fue construido para conseguir regular automáticamente la temperatura interna,  haciendo que el ambiente sea siempre agradable para los trabajadores y los consumidores,  dispensando un sistema de aire acondicionado común. Con esto, también fue posible reducir  el alquiler de tiendas y ahorrar energía eléctrica.   

Pájaro carpintero ‐ Piolet  ¿Cuál es el mejor ejemplo de martillo en la naturaleza?  El cuerpo del pájaro carpintero está perfectamente diseñado para dar 25 golpes por segundo  con una fuerza de 25 kg/ mm2.  La forma de su columna inspiró el diseño de piolets más eficaces. El resultado fue una  herramienta con mejor ángulo para su manipulación, mejor ‘swing’, más equilibrado y con un  golpe más eficiente.   

Hoja‐ Vehículo "fotosintético"  Este prototipo chino de vehículo bautizado como "hoja" (Ye Zi) tiene un diseño biomimético  que imita la fotosíntesis.     El proceso, bautizado como "Fotosíntesis Artificial", emplea luz solar para descomponer las  moléculas de agua en átomos de oxígeno e hidrógeno. Como resultado, el hidrógeno propulsa  la pila del vehículo, mientras el vehículo emite oxígeno a la atmósfera. El resultado es un  método eficiente para propulsar los vehículos, a la vez que combate el cambio climático.

Cactus‐ Radiador   Tanto el cactus como el radiador tienen láminas para favorecer que el aire circule en su  interior, permitiendo la convección. Eso hace que el radiador caliente eficazmente el aire que  le rodea, mientras que al cactus esta forma le ayuda a refrigerarse.   

Zarcillos‐  Sacacorchos  La Tierra nació a partir del movimiento en espiral de una nube de gas y polvo. Desde entonces,  hélices y espirales forman parte inseparable de nuestro entorno cotidiano. La naturaleza las  "eligió" para solucionar problemas de espacio, crecimiento y eficacia y, siguiendo su ejemplo,  al humanidad las ha aplicado en el arte y en la tecnología más avanzada.  Las formas helicoidales son muy abundantes en la naturaleza tanto a nivel microscópico  (cadenas de proteínas, siendo las más famosas las que forman el ADN de los cromosomas de 

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las células, nanotecnología, flagelos de bacterias etc.) como a nivel macroscópico (plantas  trepadoras, dientes y cuernos de animales, conchas de caracolas, tornados etc.).  Así mismo, las estructuras helicoidales forman parte de nuestra vida cotidiana: muelles,  bobinas, sacacorchos, tornillos y tuercas, escaleras de caracol, gusanillos de libretas,  filamentos de bombillas etc.   

‐Bibliografía y sitios web de imágenes:  Stevens, P.  "Patrones y  Pautas de la Naturaleza". Salvat. Barcelona 1966  d'Arcy Thompson, H. "Sobre el Crecimiento y la Forma". Blume. Madrid, 1980.  http://es.wikipedia.org/wiki/Biomimesis  http://faircompanies.com/news/view/biomimesis‐10‐disenos‐que‐imitan‐la‐naturaleza/  http://maikelnai.elcomercio.es/2009/08/12/de‐como‐el‐martin‐pescador‐mejoro‐el‐tren‐bala/  http://listas.20minutos.es/lista/inventos‐inspirados‐por‐la‐naturaleza‐256602/  http://civilgeeks.com/2011/08/27/ingenieria‐inspirada‐en‐la‐naturaleza‐disenos‐tomados‐de‐la‐biologia/  http://mentescuriosas.es/8‐ejemplos‐de‐inventos‐inspirados‐en‐la‐naturaleza/  http://www.taringa.net/posts/info/12342821/Cinco‐tecnologias‐inspiradas‐por‐la‐naturaleza.html  http://www.taringa.net/posts/ciencia‐educacion/8139520/Diseno_‐Biomimesis‐‐‐diseno‐que‐imita‐a‐la‐naturaleza.html  http://www.cookingideas.es/los‐cientificos‐sintetizan‐el‐increible‐pegamento‐de‐mejillon‐20110129.html  http://www.terra.org/articulos/art02185.html     www.eyeofscience.com/eos2/english/gallery/templates/galeriepics/technik/nylon.jpg  http://www.clubdecaballeros.com/piel‐artificial‐a‐partir‐de‐tela‐de‐arana/  http://www.videoscomolohacen.com/ciencia/como‐se‐fabrica‐la‐aguja‐hipodermica/  http://www.playasycosta.com/ataques‐de‐tiburon.html  www.eyeofscience.com/eos2/english/gallery/templates/galeriepics/technik/nylon.jpg  http://decorayamuebla.blogspot.com.es/2010/11/como‐fijar‐un‐cubrecontador‐con‐velcro.html  http://www.hvvnuevovallarta.com/la‐ballena‐jorobada‐en‐bahia‐de‐banderas/  http://faircompanies.com/news/view/biomimesis‐10‐disenos‐que‐imitan‐la‐naturaleza/  http://www.materiales‐sam.org.ar/sitio/revista/1_2009/TrabajoFavret.pdf  http://www.slideshare.net/LuisArturo/innovar‐emulando‐a‐la‐naturaleza‐1509041  http://www.ignaciourbina.com/blog2012/arma‐nimal‐sistemas‐de‐defensa‐y‐supervivencia‐natural/  http://tallerdi1.files.wordpress.com/2009/04/bionica002.pdf     

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