Category Archives: Investigación Biologica

Economía Circular

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La basura es un concepto creado por la humanidad pues somos la única especie planetaria que la produce. El actual sistema basado en la linearidad de sus procesos no puede prologarse. Millones de toneladas de productos tóxicos circulan a diario por tierra, mar, aire y en nuestra propia sangre, giga-cantidades de energía empleadas,  millones de toneladas de valiosos recursos se entierran o incineran en los basureros y millones de personas son explotadas para todos estos procesos. Pero además la mezcla de materiales técnicos y orgánicos hacen imposible la conversión hacia un modelo no lineal y volvemos a empezar. Todo esto resulta ilógico, e ineficaz e injusto nos conduce a la extinción como especie. No tenemos otra opción que ajustarnos a las Leyes naturales como seres orgánicos que somos y emplear aquel que ya funciona y es además sostenible. Solo falta que veamos lo obsoleto del actual e implementemos el nuevo. Hablamos de economía circular.

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modelo de economía circular en la Naturaleza

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modelo de economía lineal -según Ellen MacArthur Foundation-

 Estas sabias palabras son las que recientemente ha comentado el gran visionario Dr Michael Braunghart que ha visitado Madrid aprovechando la feria Empack. A pesar de que su discurso lleva más de 20 años desde que se juntara con William McDonough para crear el Cradle to Cradle que empuñara Walter Stahel, en la sala apenas 15 personas, escuchábamos atentamente sus sabias palabras…. Este hombre pasara a la Historia del Diseño y la de la próxima revolución industrial. En otros países llena salas de conferencias y su agenda (y su cache!) es relevante. Aquí en cambio solo llenamos campos de fútbol incluso en segunda. Así nos va.

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Dr. M Braungart con V.de Pereda de ToDo design y el autor del blog.

Resulta esperanzador que grandes empresas ya empleen y certifiquen sus productos C2C demostrando que esta filosofía no es solo para publicar libros.

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algunos de los productos certificados C2C

Algunos ejemplos ya han sido tratados en este blog (post) y otros emergen desde hace algún tiempo como el brillante Ecovative que ya produce productos variados con restos vegetales empleándo como “pegamento”el micelio fungico, o el wikicell bioinspirado, y otros en el textil (artículo) o la local, eco-papel de la universidad de Córdoba que envasa sin celulosa de árboles … Recientemente incluso en la impresión 3D con biopolimeros procedentes de la patata, como el solanyl prometen revolucionar esta emergente manera de producir.

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el biopolimero de 3D print y productos de ecovative de micelio (top de izda a dcha); algunos de los productos de ecopapel (en medio) y comida sin envase

La fundación Ellen MacArthur muy activa en la economía circular, en su reciente primera edición de su fabuloso dif festival (disruptive innovation festival) declara a voces que la economía esta cambiando y por tanto debemos preguntarnos: ¿que necesitamos saber, experimentar y hacer?. Para contestar a estas y otras preguntas, reunió durante 4 semanas en una ingeniosa plataforma de eventos online-cara a cara, a líderes, emprendedores, empresarios, aprendices, hacedores, pensadores… para catalizar el cambio que hemos de acometer al sistema, para desarrollar y dar a conocer un nuevo y emergente modelo económico. Los que hemos participado, hemos tenido la oportunidad de atender y explorar la nueva economía bajo diferentes prismas rompedores y de enorme calado y futuro. El modelo lineal “extraigo-fabrico-elimimo” (take-make-waste) puede ser sustituido por uno más próspero, regenerativo y circular. El pensamiento sistemico, el internet de las cosas, nuevos materiales y energías, ecodiseño e innovación, información y conocimiento, consumo colaborativo, biomimesis y muchos más han sido expuestos con rigor como una realidad imparable. Personalidades de la altura de Jeremy Rifkin, J.Benyus, W.McDonough, K.Robinson … y otros muchos han participado en esta transición tranquila. No te lo puedes perder.

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mapa de la economía circular –Ellen MacArthur Foundation-

Este minivideo os ayudará a entender los porqués de los cambios que necesitamos.

 

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¿Puede un flamenco ahorrarnos costes energéticos?

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El futuro modelo energético se vislumbra diferente al actual en el que parece lógico que un conjunto de energías diferentes satisfagan la creciente demanda relevando al petróleo que año tras año muestra síntomas de decrecimiento en su extracción. La energía procedente de los océanos es ya una realidad pero que la tecnología actual no ha mostrado un extensivo interés hasta la fecha. Existen algunas excepciones y otras aproximaciones bioinspiradas con ejemplos empresariales brillantes como Biowave o Pax, solo por citar un par. A estos se añaden todo un sinfín de prototipos e ideas aún en fase exploratoria. La energía de las olas del mar podría proporcionar el 107% de la necesaria en España y más del 50% de toda la de Europa según datos independientes realizados para Greenpeace. Ademas cerca del 37% de la población mundial vive a menos de 90 km de la costa con lo que desde el punto de vista comercial tendría tambien sentido además de considerar los riesgos que estás poblaciones van a tener en relación con el cambio climatico.

Esto es lo que debió pensar Rafael Aparicio y su amplio equipo colaborador, entre los que me incluyo, cuando desde su Valencia natal un día sintió curiosidad sobre la peculiar manera de alimentarse, la forma del pico y su funcionalidad del Phoenicopterus ruber, el flamenco rojo, en cuyo pico invirtió mas de 600 resonancias magnéticas para poder entender mejor su complejo funcionamiento. El abordaje biomimetico requiere según palabras de la mismísima J.Benyus de estudios que nos muestren el camino de cómo funcionan los mecanismos biológicos para su aplicabilidad en el campo humano. Una de las características del pico de este ave es que lo emplea como una bomba que mueve grandes volúmenes de agua para alimentarse, desarrollando un impulso bidireccional del agua en sentidos opuestos mediante un único movimiento. Tomografías axiales computerizadas muestran tal función (Digimorph de Texas University) aunque sin poder ver lo que ocurre cuando el agua fluye dentro del pico, aspecto fundamental para su completa comprensión.
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Los flamencos se alimentan cabeza abajo y mediante un rápido balanceo, permiten que el flujo del agua pase a través del pico donde el agua es bombeada mediante un complejo proceso en el que se ven involucrados ademàs, la gruesa lengua, el paladar, surcos y laminillas que convierten el flujo turbulento a uno laminar. Este comportamiento y morfología es más propio de ballenas o mejillones pero como hemos visto en otros casos, un mismo mecanismo eficiente coevoluciona y se adecua a diferentes organismos según sea su hábitat. El pico mostró por su diseño y funcionamiento ser un verdadero tratado de hidrodinámica.

bill Dibujo de la anatomía de la cabeza del flamenco en posición alimentaria filtradora de Penelope M. Jenkin -Department of Zoology, Bristol University-

A priori, los estudios nos presentaban una eficiente bomba natural que podría tener una bonita analogía en un eficiente rotor. Todos estos análisis abrieron las puertas a posibles futuros diseños más allá de la propia turbina. El funcionamiento de la turbina a priori parece ahorrar céntimos de euro en comparación con la producción actual hecho que promete interés no solo para productor-consumidor sino también en la base de su nula huella de carbono en la generación energética al basarse en el constante movimiento mareomotriz donde además no hay zonas valle como ocurre en la solar.

Este trabajo tiene aplicaciones potenciales en múltiples sectores de movimiento de fluidos, no en vano empresas como Repsol o Sacyr han mostrando interés y el estudio ha recibido varios galardones nacionales (premio Dominguis; innovación Tecnológica Sacyr 2013; Fundacion Biodiversidad del Ministerio de Medio Ambiente español) y recientemente ha sido finalista de la convocatoria Climate-KIC de la UE entre mas de 50 proyectos presentados.

3dImagen de la turbina bioinspirada impresa en 3D (Fabber Lab)

Los resultados preliminares han sido aceptados para publicacion en el próximo Congreso Nacional de Medio Ambiente 2014 CONAMA y aunque falta mucho aun por hacer, la curiosidad de Rafael muestra el camino de como la Naturaleza nos enseña tecnologías aun inexploradas en pro de una producción de energía cercana, limpia, económica e infinita. Los estudios preliminares muestran una mas que interesante viabilidad comercial. Ahora falta que inversores “salgan de la caja” y confíen en el modelo propuesto bioinspirado, completen la parte que hace mas de 4 años se empezó y difundan como un flamenco puede hacernos ahorrar en nuestra factura eléctrica. Mola!.

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La Nueva Ciudad Dulce

naturebeeTenemos la ciudad y el campo, lo urbano y lo rural. Desde hace ya algunos años, más de la mitad del planeta vivimos en ciudades y parece que llegaremos al 80% a mitad de siglo. El planeta está tan influido por las ciudades que entramos en una nueva era geológica denominada Antropoceno, dominada por los cambios producidos por la actividad humana a escala planetaria y por ello la llamamos la Era de la Ciudad.

Las nuevas ciudades no pueden contentarse con la mera existencia de parques con bellos árboles, rosaledas y hierba donde tumbarse. La relación con la naturaleza debe ser mas profunda, compleja y convertirse en un verdadero nuevo ecosistema. Sabemos sobradamente que la ciudad depende en gran medida de la naturaleza, los flujos del agua, aire limpio y suelo y sus recursos, pero que estos son también influidos por las ciudades. En las aves sabemos que algunas especies cantan de modo diferente en el bosque que en la ciudad. Pero también los lugares remotos son influidos por la urbe, de donde proceden las enormes cantidades de energía y recursos que demandamos a diario.

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Bullit Center

La ciudad que funciona como la naturaleza se la denomina biomimetica. Y sonara idílico pero ya hay un interesante edifico, el Bullit Center de Seattle, en Washinton EEUU, donde los diseñadores y arquitectos se han inspirado en el funcionamiento (no en la forma) energético de un bosque o en su gestión del agua. El edificio se limita pasivamente a emplear lo disponible y devolver al medio lo que no requiere. Mas de 360 materiales tóxicos comunes en la construcción, no fueron empleados; casi 600 paneles solares (230.000 kW/h) proporcionan los requerimientos de todo un año, el agua de lluvia se emplea en las duchas o para beber tras filtración UV y el 100% de la madera empleada es certificada (FSC). Los más de 50.000 metros cuadrados funcionan como un verdadero ecosistema proporcionando servicios ecológicos, una huella positiva en lo que ya conocemos como urbanismo biofílico.

Desde una perspectiva más humilde pero ambiciosa a la vez, la iniciativa (Miel de Barrio) (post) pretende el desarrollo de la apicultura urbana imitando lo que desde hace décadas sucede en numerosas ciudades del mundo. Estas metropolis (París, Londres, New York y un centenar mas) son bien conocedoras de la vital importancia de la polinización melifera para nuestra propia seguridad alimentaria, sin duda también del lamentable declive de la especie y seguro de la necesidad de un modelo urbano sostenible.

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En el siglo XIX París ya legislaba sobre la materia y un apicultor de guerrilla posicionó sus colmenas sobre la Ópera Garnier, reivindicando una ciudad dulce. En otro lado del planeta, jóvenes norte-americanos polinizaban los árboles de los jardines de su ciudad convenciendo a su alcalde a permitir la apicultura en los tejados y con toda una comunidad que crece y crece… Desde 1985 los ayuntamientos madrileños tienen la potestad de permitir la instalación de colmenas en los cascos urbanos (Decreto 35/1985, 8 mayo), pero lo prohiben. Lo simpatico es que desde la sede municipal del Media Lab Prado de Madrid, en cambio se permite el desarrollo de un sano activismo en pro de la actividad prohibida, como yo mismo he comprobado.

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momentos del taller sobre apicultura urbana en Madrid

Desde siempre ha habido distinciones entre lo urbano y lo rural, pero a medida que la civilización avanza y se hace resiliente, tenemos que ir más allá de esas viejas distinciones. En la Era del Antropoceno tenemos que convertirnos en una verdadera especie proplanetaria. Y con los nuevos edificios cambiar la totalidad del planeta. Una vez alcanzada esa escala, las diferencias entre lo natural y lo que no lo es pasara a la historia… Necesitamos una perspectiva más sostenible con miras señar en el mundo a 100, 500 ó 1000 años. No olvides que son escalas humanas y de generaciones de familias. Si los edificios de las ciudades afectan al planeta entero, es hora de empezar a acturar como un planeta y pensar como Naturaleza y ciudad pueden evolucionar juntas como un todo.

Los políticos pueden aprender 6 lecciones que las abejas nos enseñan en el mundo de la gestión (si pueden entender el inglés más allá del relaxing cup of café con leche…) pues la Naturaleza es mas que un lugar donde escapar de nuestro estrés profesional, representando una fuente de sabiduría profunda que puede mejorar nuestras vidas y las tomas de decisiones (Forbes).

Si quereis una ciudad donde podamos libremente criar y cultivar nuestra propia miel, apoya este documento…y polinicemos colaborativamente como nos enseñan las fabulosas abejas.

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Magia en los dedos del gecko

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Hay cerca de 3.800 especies de lagartos en la Tierra, algunas pequeñas de escasos milímetros hasta el Varano de Komodo de mas de 3 metros. En la prehistoria algunos superaron los 20 metros y su extinción permitió el paso a los mamíferos y con ello a los humanos… Hace millones de años cuando los predadores terrestres ejercieron su presión selectiva sobre las presas, unos pocos organismos lograron escapar abriendo nuevos nichos donde prosperar. Entre ellos aún nos acompañan los geckos, las arañas o los coleopteros que desarrollaron habilidades y mecanismos extraordinarios sobre la adherencia en multitud de superficies. Hoy vamos a ver tan solo 1 de ellos…

Los geckos y otros reptiles como las salamanquesas por ejemplo, pueden permanecer sin esfuerzo alguno aparente sobre rocas lisas o bajo las ramas de cualquier árbol, moviéndose una y otra vez sin pérdida alguna de adherencia. Además sus dedos permaneces limpios sin restos de adhesivos o de partículas. Como es posible?. Hace más de 2.000 años, Aristóteles comentó la habilidad de los geckos en su capacidad de correr de arriba a abajo e incluso cabeza abajo… Todas las diferentes especies han desarrollado este mecanismo aunque con diseños diferentes como vemos en la siguiente imagen.

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Filogenia y evolución de los dedos del gecko (Gamble y col.)

 Hace ya más de 15 años un joven investigador de UC Berkeley, Kellar Autumn, sintió curiosidad hacia esta estrategia y comenzó sus estudios que animaron a otros y que hoy desemboca en varios cientos de trabajos publicados, varios millones de dólares en investigación y más de 100 patentes de productos y servicios. Mucho conseguido por el simple hecho de ser curioso, no crees?, y demasiado para una “simple” pata pegajosa de un bicho repudiado en numerosos lugares…. La biomimesis empieza por la curiosidad y continúa cuestionando hasta lo mas aparentemente evidente para llegar a las innovaciones que son las que proporcionan desarrollo y mejoras en la vida de todos.  Una vez mas el análisis de las estructuras nanometricas tanto de los lagartos como de los insectos revelan una simple pero inesperada solución. Gracias a la evolución convergente estas microestructuras con forma de espátula les permiten tal adherencia. Descubrimos que la geometría es el tema central de un principio de diseño que les puede separar entre comer o ser comido, mediante la subdivisión de unas pequeñas formas bajo sus dedos. Veamos. Cada escama de la parte inferior de los dedos de las patas poseen unas 150.000 setae del grosor de 0,2 micras (mucho más fino que un pelo) cada uno dividido en unos 2000 filamentos microscópicos que acaban en unas placas en forma de plato. Bien irrigados por el sistema venoso, son capaces de encontrar las mas mínimas irregularidades en las superficies, incluido el propio cristal, llegando a crear mas de 1000 millones de puntos potenciales de adherencia.

Gecko-foot estructura y mecanismo de adhesión de un gecko tipo

 La adhesion entre las espátulas y la superficie de contacto se obtiene gracias a las Fuerzas de Van der Waals (post:Salamanquesas y ciclismo) y llega a ser de una magnitud de 100 nanoNewtons (nN). Las setas pueden ser fácil y rápidamente separadas por el animal de la superficie, curvando los dedos hacia fuera en un movimiento que no nos deja indiferentes. Esta acción además, altera el ángulo de incidencia de los millones de espátulas y la superficie, reduciendo las mencionadas F de van der W. permitiendo al animal desplazarse. La confianza en la adherencia de las energías subatómicas desde la física sin la necesidad de química no requiere de compuestos que deban sintetizar para lograr su cometido, beta-queratina en el caso de los herpetos y quitina en los invertebrados, ahorrando síntesis de materia. Una mosca requiere exactamente de 103 ó 104 setas para mantener su peso. Mediante el incremento de pelos o  vellosidades, los organismos de mayor talla pueden escapar mediante este elegante mecanismo estratégico que en la jerarquía estructural de ingeniería nos enseña una lección: la seguridad en confiar en el sumatorio masivo de fuerzas minúsculas para lograr un resultado macroscópico (2+2=5).

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Densidad de setas adherentes y tamaño en diversos organismos

¿Podemos aprender, a partir de estas ingeniosas soluciones que en la Naturaleza llevan funcionando desde hace millones de años?. Claro!. Las múltiples conexiones posibles en nuestras necesidades no hacen necesario un gran ejercicio de imaginación. Empleamos miles de millones de toneladas anualmente en pegamentos!…y casi todos tóxicos y procedentes del petróleo.  Recientemente durante la Jornada de Biomiesis del Ejército (post) se hablo del proyecto Z-Man de DARPA que ya está empleando el ejercito norteamericano y que demuestra la capacidad de soportar mas de 90 kilos de carga en una persona de 50 k mientras escalaba un muro de cristal de 7 metros de altura… o Geckskin en la que un equipo multidisciplinar de la Univ de Massachusetts y viendo la jerarquía de los materiales (tendones, huesos, post) desarrollan un super-adhesivo de propiedades sorprendentes (minivideo1 y 2) en las que pequeños trozos de apenas 40 cm soportaron un peso de 300 k!. Todo sin química dañina (recordar los cov, cop, formaldehídos, …). Pura tecnología disruptiva.

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Productos reales y potenciales generados a través de los dedos del gecko…

Para finalizar podéis ver un par de vídeos (nº 15 y 16 de este blog) simplemente geniales realizados por R.Full de la UCBerkeley….

Un reto evolutivo similar también se puede encontrar en organismos marinos como en los mejillones por ejemplo, … pero de ellos hablaremos en otro futuro post… pues por hoy y para ser simplemente lo que el estudio de los dedos de un organismo puede proporcionarnos es suficiente … verdad?.

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Movilidad bioinspirada

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Este año el ejercicio escolar biomimetico para los alumnos de primero de diseño de producto del IED de Madrid, versó sobre la movilidad. Inicialmente uno plantea este tipo de retos en busca de soluciones pro·desarrollo sostenible,  pero en una Escuela universitaria, como el IED eminentemente creativa y alejada de la ingeniería, los estudiantes libremente eligen temas mas cercanos y desde exploraciones libres y personales. Una vez mas los resultados fueron sorprendentes: gafas para mejorar la vida y la movilidad de las personas afectadas con hemianopsia inspirada en eficaces mecanismos del martín pescador, el camarón mantis y la comunicación de insectos eusociales…; o una silla de ruedas para ayudar a subir los incómodos bordillos inspirada en la cola del canguro que ojalá podamos prototipar para llevarlo adelante. En torno al mundo ciclista, dos proyectos uno: para un casco multifunción que protege-plegable-luminiscente y candado inspirado en multiples estrategias naturales y el segundo un sistema de anclaje de la bici para el transporte público que abre nuevos productos y servicios que tendrán que llegar… El último que os presento es una suela para calzado en el que la piel de los tiburones mejoró la adherencia para un sector de usuarios determinado por el diseñador. Todas las propuestas añadieron además principios sostenibles de cara a su fabricación, materiales, procesos, teniendo en cuenta el ciclo de vida del producto bajo la lente de la Naturaleza. Todas ellas merecen ser vistas y analizadas como un ejercicio exploratorio en la que los alumnos inicialmente perdidos por la novedad de la metodología, finalmente mostraron sorpresa y admiración por los genios naturales.. A todos los alumnos gracias por el esfuerzo y a seguir…!!!. Este es el camino del diseñador del siglo XXI, resolver retos con nuevas propuestas que mejoren al vida de las personas y con metodología sostenible como la biomimesis.

Una vez mas gracias a Victoria de Pereda por su inestimable dirección del proyecto y dedicación. Seguir viendo el resto de ideaciones…

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Orvi glasses por Marta Ortiz y David Sordo

 

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Tensegridad y biomimesis

Dymaxion_2003_animation_small1mapa planetario dimaxión de B.Fuller formando un icosaedro

El término tensegridad, del inglés tensegrity inventado por Buckminster Fuller viene de la contracción de tensional integrity (integridad tensional) y aunque otros también se atribuyen su autoría como Emmerich y Kenneth D. Snelson (wiki), las lecciones de Fuller, calaron y nos mostró que “la evolución da muchos primeros pasos”, y que la Naturaleza siempre ha evolucionado hacia formas de vida que son una solución óptima para las condiciones ambientales en las cuales se desarrollan. Fuller la definió como estructuras con formas estabilizadas por  tensión continua, o ‘integridad tensional’ en lugar de por compresión continua (como sería el caso de un arco de piedra). Tensegridad es una confluencia intrínsecamente no redundante de factores óptimos de eficacia estructural-esfuerzo y todas las estructuras, bien entendidas, desde el sistema solar hasta el átomo, son estructuras de tensegridad. Esto último Bucky (así le llamaban) no llegó a saberlo en vida. Para que lo entendamos bien: es el fundamento de las estructuras mínimas. Es un principio científico que describe la geometría natural en términos de vectores de compresión y tensión; explicando el orden de las estructuras a escala atómica, molecular y cósmica. En otras palabras: son estructuras contra-intuitivas tensadas y sin conexiones rígidas, de peso ligero excepcionalmente robustas y desplegables. ¿Se entiende mejor ahora …?

Centros como el Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering o el de Harvard Medical School, han utilizado este principio para explorar las maneras en la que las células se mueven y responden a su entorno. El modelo de tensegridad celular propone que la célula es una estructura en pre-tensión, aunque también es posible encontrar estructuras geodésicas dentro de las células a una menor escala como las cápsides víricas. También ha sido estudiada y aplicada en la arquitectura de los rascacielos de hoy, por ejemplo.

Kurilpa-Bridge-Brisbane-Tensegrity

algunos ejemplos de tensegridad y conceptualización (click para ampliar)

Fuller fue unos de los primeros diseñadores en la búsqueda soluciones sostenibles desde 1930 inventando automóviles de alta eficiencia (coche dimaxión), duchas de bajo flujo, casas eficientes, entre otros. También formó parte de una larga estela de pensadores que reconocían la belleza del diseño procedente de la Naturaleza frente a la baja efeciencia de los diseño humanos comparados con los naturales. Dedicó su vida a la búsqueda de la geometría fundamental de la Naturaleza. Publicó los resultados de su trabajo en dos volúmenes: Sinergética I y II  y gracias a Robert W. Gray podemos leerlos en una web con un detallado indice de los contenidos. Se describen la naturaleza de los sistemas, la forma fundamental del espacio y los principios universales que Bucky afirmaba aplican a todo diseño. La exploración de este material requiere tiempo y esfuerzo, dado el uso preciso que Fuller hace del lenguaje y la profundidad con la que aborda la temática. Podemos resumir que dedicó su vida a investigar el fundamento de las estructuras mínimas; a la aplicación de los principios profundos del diseño con la Naturaleza y a entender el sistema coordinado con la que se combinan materiales en la Naturaleza. Una joya aún por explorar.

bucky cúpula geodésica transportada por el ejercito; estructura de tensegridad; coche dimaxión; probando la resistencia de la geodésica y Bucky (de izda a dcha y arriba a abajo)

Un rasgo distintivo del Dymaxion es que no tiene una dirección que vaya hacia arriba. Fuller dijo frecuentemente que en el universo no hay arriba y abajo ni norte y sur, tan sólo dentro y fuera. Las fuerzas gravitacionales de las estrellas y los planetas crean dentro, que significa “hacia el centro gravitacional” y fuera refiriéndose a “lejos del centro gravitacional”. 

En su búsqueda encontró algunas respuestas como la tensegridad mencionada; los  domos geodésicos (como expresión de tensegridad), que se pueden utilizar para cubrir espacios de manera eficiente y para describir las estructuras de sustancias como el C60 (buckminsterfullereno) entre otros… La forma mínima que encierra un volumen es un tetraedro, que consiste de cuatro puntos. Dos puntos definen una línea; tres puntos un triángulo y cuatro puntos un espacio. Por tanto, cuatro puntos definen el sistema mínimo. Esto es un fundamento de la sinergética: todos los sistemas confinan espacio. En sí, toda estructura está basada en la triangulación. A mayor escala, la triangulación puede ser tan vaga que se disciernen otras figuras. A menor escala, sin embargo, la triangulación es clara. Estructuras como el cubo pueden parecer estables, pero cada una se hace estable por triángulos internos en el material del que están compuestos. Esto se puede confirmar fácilmente construyendo un cubo con lados rígidos y vértices flexibles. Se colapsará, a menos que se le agregue triangulación. El cubo se estabilizará si se le agregan dos tetraedros al interior, y esto representa una visión más realista de la estructura. Aunque este área de la sinergética se ha estudiado poco,  mas estudios de estos principios permitirán muchos nuevos descubrimientos…

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de las bases del tejido (tejer) a las bases de la tensegridad por K.Snelson

Para Fuller todas las formas de vida son sinérgicas y la definió como la condición en la que analizar las partes o subconjuntos de las mismas no ofrece ningún indicio acerca de la funcionalidad de la totalidad. Bucky insistió en que su “geometría energética-sinérgica” era ‘natural’ en el sentido de que ya estaba resuelta y definida, como un principio matemático que la Naturaleza utiliza para darle una ventaja óptima al sistema. Aunque no se adjudicó la invención, si afirmó haber sido el primero en reconocer sus ventajas. La palabra geodésico procede de la navegación y describe la línea más directa y energéticamente más eficiente entre dos puntos sobre la superficie de una esfera. ¿En dónde utiliza la naturaleza las estructuras geodésicas?. Nuestros propios ojos son estructuras geodésicas, un globo común o el huevo de una gallina o los huesos de un pájaro bajo un microscopio electrónico de barrido, verás el ensamblaje familiar de triángulos formando una red con aperturas triangulares lo suficientemente pequeñas para contener moléculas de aire y así como toda una variedad de componentes. La mayoría de los domos geodésicos utilizan una geometría pentagonal. Los pentágonos contienen muchos ejemplos de “la proporción aurea”, el mismo sistema proporcional que se piensa fue utilizado en la construcción del Partenón hace 2.400 años y que se presenta en muchas espirales naturales de Fibonacci (post espirales, vórtices…). Desde tiempos lejanos, esas proporciones han sido profundamente agradables a los ojos y a las mentes de los seres humanos. La abeja busca néctar o polen como alimento recolectando polen en el proceso. Este polen se transfiere a otra flor y se da la polinización. Este proceso beneficia tanto a la abeja como a la flor, representando un claro y bello ejemplo de biomimesis de transmisión de mensajes o comunicación entre sistemas.

Todo esto porqué?…, además de la bioinspiración y maestría de la Naturaleza que se extrae del post, las aplicaciones pueden ser infinitas. Fijaros por ejemplo como la propia NASA ha premiado el diseño de su próxima nave exploratoria “Super Ball Bot” en las superficies de nuevos planetas…… el resto os lo dejo a vuestra propia curiosidad exploratoria.

Podéis ampliar información aquí, en algunos diseños, y mucho mas, y con un libro de regalo de K.Snelson (34 páginas inglés)…. De gran ayuda ha sido el número 1 y 2 de la publicación Zygote Quaterly Journal (ahora en español también!), de la que me congratulo soy editor colaborador.

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Jerarquía en biomimesis

image sketch que muestra niveles jerárquicos de una estructura que emplea del 100% del material al 2% aligerandola, por Ed van Hinte y Adrian Beukers en wired.co.uk

Los residuos son un grave problema económico, social y ambiental en el presente siglo que en algunos casos, como el del plástico acompañara incluso a quienes aún no han nacido durante mucho mas tiempo, demasiado. La Naturaleza nos enseña que el residuo es el recurso de otro organismo y que de este modo se autoregula. Más del 90% del material vegetal caído (animal también) es finalmente descompuesto por bacterias, insectos, sus larvas, gusanos y hongos, que rompen el material devolviéndolo como nutrientes básicos al suelo y al ecosistema en los que todos se benefician. Pura economía colaborativa. Sin su presencia no podríamos dar ni un paso por un bosque pues el hedor de la materia putrefacta nos lo impediría, ya que se acumularía hasta cantidades impensables. El proceso bacteriano y fungico es fascinante, la materia orgánica se transforma en N, O2, C, H que nutrirán el suelo y al resto de los componentes del sistema. Una pequeña porción  de bosque puede albergar 200 especies diferentes de hongos. Las bacterias, difícil de cuantificar. El escarabajo pelotero, uno de esos componentes, es un rápido y eficaz reciclador que lleva durante largas distancias bolas de estiércol diseñadas por el mismo para nutrir a sus larvas y de paso al suelo que habita mediante microorganismos incluidos en dichas bolas. No dejéis de ver este maravilloso video de como trabajan estos coleópteros.

imagesección de  suelo con organismos descomponedores 

Podría este eficaz proceso ser transferido a escala humana?. Una de las claves, hay muchas, es el empleo de un tipo de material, el biológico, en los procesos industriales ya que los problemas de la química de la descomposición ya han sido resueltos por la Naturaleza. Así parece que lo ha entendido el proyecto ABLE “Del cartón al caviar” que en sus ya 12 años de andadura, continúan sus éxitos. La base es la siguiente: el cartón se recolecta de numerosos negocios y se transforma la celulosa en material para los lechos de las camas de los caballos, donde acumulara heces y pelo. Este material una vez se descarta, se aloja en tanques de producción de lombrices que compostan los restos. Los excedentes de lombrices se emplean como alimento vivo para la producción de esturiones que se genera como carne y algunos ejemplares maduraran hasta producir caviar. Cuantos más niveles se imbrican en el proceso, más gente podrá emplear toda la energía del proceso ampliando los beneficios y la resiliencia del proceso.

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Del cartón al caviar -close loop system- |creación propia|

Pocos son aún los negocios que siguen estos procesos (Kalundborg, Ecover en Mallorca, cerveceras,…) entre otras cosas porque muchos de nuestros materiales son biológicamente inertes debido a la introducción durante su manufactura de enlaces altamente energéticos desarrollados a elevadas temperaturas. Los materiales biológicos han evolucionado para poder ser reciclados y sus moléculas estabilizadas mediante enlaces que son suficientemente resistentes para su cometido específico así como a una temperatura y función mecánica determinada. Por tanto las proteínas de la mayoría de los animales empiezan a mostrar signos de rotura a 45C salvo aquellos que viven en las fumarolas o chimeneas oceánicas, que soportan muy altas temperaturas. Esto viene a decir que menos energía se requiere para digerir el material en los procesos digestivos y por tanto más energía disponible para otros aspectos como la búsqueda de alimento o la reproducción. Los materiales biológicos así como los procesos y las estructuras, son jerárquicos, es decir que se ensamblan desde un nivel molecular hacia otro mas complejo (post up·down). En estos casos las únicas fuerzas disponibles son las intermoleculares, que comparadas con los métodos industriales son muchos más débiles y de menor rango. Los ingenieros o arquitectos se pueden plantear la pregunta de porque es así y cual es el papel. Pero esa no es la cuestión pues los organismos emplean la jerarquía como única via posible para alcanzar estructuras más complejas de un modo intrínseco. Por ejemplo la rigidez o la fortaleza nada tiene que ver con el tamaño de sus componentes individualizados, si no mas bien en las cantidades y en las interacciones entre las fibras o los cristales que lo componen. En cambio en la resistencia a la fractura, especialmente en un material rígido, depende de modo relevante en la forma y el tamaño en cuyo caso las relaciones jerárquicas son significativas. Así areas o capas más blandas que el resto pueden afectar en gran medida al fallo de sus propiedades alargando  en el tiempo o evitando posibles futuras fracturas. Esto lo ha estudiado de modo sobresaliente el Dr Claus Matteck y lo muestra por ejemplo en su publicación Thinking Tools After Nature de fácil comprensión.

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algunas imágenes de triángulos de tensión analizados en la Naturaleza por C.Matteck 

Algunas especies de moluscos bivalvos como Haliotis spp.pueden construir sus conchas protectoras en agua de mar, a bajas temperaturas mediante materiales locales abundantes. Estas conchas llegan a ser 3.000 veces más fuertes que sus componentes que a su vez son 200% más fuertes que nuestros materiales cerámicos más duros de alta tecnología. Estos maestros constructores depositan capas elásticas de material orgánico proteíco entre el carbonato de calcio inorgánico rígido tipo “ladrillo y mortero” a una escala nanometrica que le proporciona una resistencia extraordinarias. Esto sin duda marca un cambio de rumbo en la ingeniería, la arquitectura, o el propio diseño así como en la fabricación de nuevos materiales ya que en un futuro las condiciones ambientales marcarán las decisiones y estos se adaptarán, responderán e incluso evolucionarán en función de un ambiente cambiante, en una mezcla de tecnología, física y biología. Pero esta es una proyección humana. En la naturaleza, no hay “arriba” o “abajo”, y no hay jerarquías. Sólo hay redes que anidan dentro de otras redes. Podeis profundizar mas en la materia una vez más con Tom McGeag que nos ilustra en su reciente artículo sobre las estructuras jerárquicas en la arquitectura, los materiales, la medicina y por supuesto el diseño.

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