Category Archives: Metodologia en biomimesis

Herramienta para ingeniería bioinspirada

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Liderado por el Dr Ashok Goel del Design Intelligence Lab de la Universidad Georgia Institute of Technology, EEUU, lanza DANE para ingenieros… seguir leyendo

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¿Que nos enseñan las hojas sobre autolimpieza?

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Las hojas del loto simbolizan la pureza en el budismo. Además y al igual que tantas otras hojas que permanecen secas cuando llueve o son mojadas se han convertido en todo un icono  para los biomimetistas como un claro ejemplo de “forma igual a función”. Esta fascinante estructura del reino vegetal ademas representa como en tantas otras formas, multifuncionalidad. Ese es el modo que la Naturaleza nos enseña pues ademas de la “estanqueidad” son fundamentales para la fotosíntesis, captura de CO2, liberación de O2, etc (varias funciones bajo una misma forma) y además bajo un diseño a menudo simplemente bello. Las hojas en cambio se perciben como aburridas, estériles, inmóviles , pero ya en los año 70 empezó a estudiarse la enorme complejidad de su superficie gracias a los primeros estudios microscópicos de su capa mas externa. Se tardó mas de una década en descubrir su verdadera funcionalidad pues no se había investigado nada al respecto pues se consideraba estéril tal misión. Tal empeño mostró una función relativamente sencilla sin entrar en el campo de la estética. Así, la suavidad, lo liso aparente de la superficie mostró una doble estructura observable solo bajo la microscopía electrónica con células arqueadas de mayor grosor con otra mas fina en la parte superior.

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Si bien las hojas de loto se han convertido en un icono para superficies superhidrofóbicas  y de auto-limpieza dado lugar al concepto de “efecto loto “, muchas otras plantas también las presentan con ángulos de contacto similares aunque parece cierto que el loto muestra una mejor estabilidad y perfección en su repelencia al agua pues la epidermis superior ha desarrollado algunas optimizaciones inigualables. Varios son los motivos: la forma extraordinaria y la densidad de las papilas que son la base para el área de contacto [muy reducido entre la superficie y gotas de agua]; la excepcional densidad de la capa con muy pequeños túbulos de cera epicuticulares [resultado de su composición química única]; la robustez mecánica de las papilas y los túbulos de cera para reducir los posibles daños externos, son la base de esta perfección y durabilidad en la repelencia al agua, entre otros aspectos. Multifuncionalidad a escala nanométrica. En el camino para la optimización, los estomas se encuentran en la epidermis superior. Aquí, el impacto de la lluvia y la contaminación es mayor que en la epidermis inferior . Leer artículo científico.

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estructuras microcópicas de la superficie de varias especies de plantas (hojas)

Lo que sucede a esa escala nanométrica es que el agua o las partículas de suciedad literalmente no toca la superficie de la hoja. Además se ayuda de material ceroso que aisla y que también se repite como mecanismo en muchas otras especies. Si funciona porque no repetirlo?, parece decirnos la Naturaleza…Así podríamos hacer un análogo como el fakir tumbado en su lecho de pinchos con respecto a la suciedad, que es lavada por el agua… El Dr W.Barthlott de la Universidad de Bonn, pionero en la materia, nos muestra un sencillo video de este mágico efecto y una simulación para ver el proceso a una escala mas comprensible.

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En este momento el diseñador puede ya empezar a buscar inspiración con el objeto de encontrar posibles aplicaciones teniendo en cuenta los innumerables retos que nos asolan con la problemática del agua, las pinturas o la suciedad asociada a limpieza empleando químicos nocivos. Así, podría aplicarse en los baños de los aviones con el consiguiente ahorro de agua?; o en los coches de una ciudad contaminada como Madrid en la que la lluvia y la suciedad ni siquiera llegaran a tocar la carrocería, pues el vehículo permanecería seco. La industria inicialmente rechaza no solo a un naturalista adentrándose en el campo de los materiales, sino también al hecho de que una planta encuentre soluciones para un sector industrial, por ejemplo. También la aportación de medidas disruptivas, de ruptura con lo establecido, son realidad actuales… Pero cuando el profesor Barthlott patentó la idea y mostró las innumerables aplicaciones industriales, la situación cambió radicalmente. Se abre el horizonte a la eliminación de tantos detergentes nocivos no solo a escala industrial sino también en la doméstica (mira los iconos de las etiquetas en los limpiadores bajo tu fregadero); capas impermeables en el sector textil sin pvc, nylon u otros textiles sintéticos con base en el petróleo; reducción en la corrosión de numerosos metales,  junto con la reducción de los químicos empleados para ello…; o en la construcción para el mantenimiento de fachadas o tejados, cristales o paneles solares… y en el almacenamiento de agua en hábitas ultrasecos o degradados?; y en el sector sanitario que requiere de muchos productos y agua para alejar a los microorganismos patógenos?…. Todo ello solo observando y estudiando la superficie de las hojas. Te imaginas el futuro ampliando el catálogo de productos y servicios que la biodiversidad nos ofrece?. Biomimesis en estado puro.

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Mira este corto video que no te dejará inmóvil bajo el “paraguas” de TED. Unknown

La Naturaleza funciona bajo una economía de austeridad, económica buscando soluciones sencillas a bajo coste pero sin producir superficialidades. Y en este caso mediante el empleo de la física mas que de la química. Pero como vemos también nos aporta ideas y soluciones técnicas de enorme calado, barato de producir, sin costes añadidos, biodegradable, sin generar basura ni residuos peligrosos químicos y todo ello por no permitirse en el caso de las hojas permanecer sucios o húmedos pues simplemente bajaría su rendimiento fotosintético. Brillante. Ese es el camino del Cambio. Te apuntas?.

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Biomimesis y moda textil

La bioinspiración es paralela al Hombre desde que los primeros homínidos ya pintaran a la fauna que les acompañaba, hace mas de 40.000 años. La Naturaleza ha estado presente de modo constante en muchos de los ámbitos culturales del desarrollo de la humanidad y el diseño textil no ha sido ajeno a ello. El propio plumaje de las aves como adornos, la piel de mamíferos, colmillos, huesos, etc han formado parte y continúan formando inspiración en el diseñador de antes y en el actual.

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Pero mi aproximación durante el seminario que acabo de impartir a alumnos de último año de Moda va mas allá de la forma. El diseño ha de incorporar en la actualidad lo que hemos denominado “complejidad”. El sector es en sí complejo, además de local y global. Al analizar en un sencillo ejercicio, el ACV (análisis de ciclo de vida) de un producto o servicio, (refresca tu memoria en este artículo publicado “5 Reinos”) vemos los enormes impactos glocales (globales/locales) que el sector está realizando ahora mismo. Algunas empresas como Interface, Puma, H&M o Inditex ya están empezando a entender que sin Naturaleza no hay negocio (No nature, No business -video de la autora Amy Larkin del libro Environmental Debt). Otras como Patagonia, llevan casi 30 años en ello: bueno para la naturaleza, viable para las empresas y  beneficioso para las personas.

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Hoy la moda supera el 18% del sector industrial. Junto con la energía y la alimentación son los 3 sectores que la civilización emplea diariamente. Los dos últimos ya llevan una andadura hacia el desarrollo sostenible mediante la agricultura orgánica, el slow food por ejemplo, mientras que las energías renovables y la eficiencia energética como valores a potenciar. En cambio la moda aún no ha calado desde la perspectiva de la producción hasta en la etapa final de su eliminación y procesado, pasando por el consumidor. Ciertamente cuando nos vestimos , siguiendo el estilo de cada uno, no vemos lo que hay tras el perchero, la tecnología tras el corte, la fibra detrás de la tela, la tierra soportando la planta y las personas en la tierra… Complejidad frente a simplicidad. La moda es un sector complejo que requiere de mas de 400.000 millones de litros de agua anuales mucha de ella subterránea (agua fósil no renovable). Apenas empezamos a estudiar el verdadero impacto que conllevan las decisiones que tomamos sobre la ropa. La Naturaleza nos muestra que el concepto de basura no existe y que todo resíduo es considerado un recurso valioso. Ese es el camino.

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El alumno de moda ha de analizar este escenario como una oportunidad, como una estrategia para el cambio que necesitamos acometer. Además numerosos informes apuntan a que hay un cambio de tendencia en el consumidor que ve con bueno ojos lo relacionado con la protección ambiental en un producto y que llegaría a pagar mas por ellos.

Sin duda el siglo XXI tiene que consolidarse la reconciliación entre la estética y la ética como una prioridad para el diseñador sea del sector que sea. La funcionalidad conforma el ADN del nuevo diseño que necesitamos. INDEX, nos muestra el camino en una de sus premiaciones del año 2011 donde conectan la protección (ver post relacionado) mediante un casco invisible y el sector de la moda textil (click corto video en la imagen). Desarrollo de conexiones entre aspectos alejados, pura creatividad) y además salvando vidas y lesiones graves. El ciclista ante la obligatoriedad del empleo del caso, decide dejarla aparcada. Una vez mas biomimesis en acción mediante la colaboración (diseñadores, ingenieros, ciclistas, empresarios,…) en un tema que la naturaleza domina por doble acción: la protección y la no competitividad.

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El alumno de moda no percibe el cambio que el diseño esta tomando estos días. Diseño para un propósito; Diseño para mejorar la vida; Diseño para el cambioThink big, act small, System Design Thinking, Service Design, … son algunos lemas del cambio que se está desarrollando. El cambio es complejo y hace alejarse al novato, al no iniciado. El escenario empieza a mostrar signos de cambio pero el entorno, la cultura, la tribu no ayuda demasiado por lo que la actitud personal juega un papel fundamental. Todo un camino que recorrer.

Comparto con vosotros la totalidad del seminario y poder ampliar la aproximación en la temática entendiendo así la necesidad de promover el cambio para avanzar hacia el desarrollo sostenible.

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Salamanquesas y ciclismo BMX

Uno de los grandes temas para abordar desde cualquier ámbito del diseño, es la protección. Inicialmente supone un importante esfuerzo para acotar y definir lo que entendemos por protección. La naturaleza constantemente desde la escala celular hasta la del ecosistema, busca soluciones, estrategias para ello. Un gran tema pues para ser tratado desde la óptica de la biomimesis.  El alumno no iniciado a menudo se “colapsa” al analizar la complejidad de los procesos de pensamiento cuando de modo intencionado los alejo de lo simple, de lo evidente y literal. Tendemos hacia lo simple y la naturaleza camina hacia lo complejo hacia la totalidad. Cuesta pero merece el esfuerzo.

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El proceso con el que empezamos en grupo es centrarse en lo importante; contribuyendo con la propia experiencia (a menudo lo olvidamos!); escuchar para comprender y así profundizar en la visión; conectar, asociar ideas; dibujar, jugar y sobre todo divertirse. En definitiva un nuevo proceso de pensamiento en los múltiples y diversos procesos de diseño. Definimos entonces varias áreas en las que clasificamos ideas que debemos relacionar y asociar para finalmente obtener resultados. El grupo, una vez mas, funciona mejor que el individuo. No falla.

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Impresión bio-tecnológica 3D

La impresión 3D promete ser una herramienta interesante para muchas profesiones, empresas e incluso particulares, a pesar de cumplirse 30 años desde que Charles Hull la “pusiera a caminar”. Catalogado como uno de los mejores inventos del siglo XXI no por ello deja de tener algunas grandes sombras en sus procesos. Así, Cody Wilson, el creador de la primera pistola 3D, ha saltado a la fama, en un asunto de vacío legal y de seguridad global. O cuando se imprime, que se liberan nanopartículas que exigen precauciones en los ambientes de trabajo, o en los materiales empleados que ponen en riesgo la salud según sea la funcionalidad del objeto impreso; o cuando desechamos el material que al igual que tantos otros polímeros sintéticos (incluidos el “benévolo” PLA) han ocasionado muerte directa en bio ensayos con plancton… Hay mucho publicado… aquí propongo uno relevante (artículo -en inglés). etc, etc.

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pequeña bioimpresión artística 3D del equipo de Neri Oxman realizada con gusanos de seda

Como ya apuntara durante mi conferencia en el DIMAD nos encontramos en la prehistoria de la tecnología de impresión 3D y mucho hemos de cambiar para no repetir los errores en una tecnología de enorme calado. La propia naturaleza emplea la impresión 3D en numerosos casos, pero ¿cómo?…

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Esta pregunta se la ha cuestionado Neri Oxman la bellísima e inteligente directora del MIT Media Lab que están revolucionando la impresión 3D, buscando crear materiales “inteligentes” que actúen como los naturales. Material biodegradable en tiempo razonable, estructural, producido localmente y sin tóxicos en su proceso y utilización, podrían ser una sencillas reglas aprendidas de la naturaleza. Asi, los huesos por ejemplo se densifican en respuesta a una biomecánica dada; las hojas crecen hacia la luz; los árboles se ajustan de manera plástica a las diferentes tensiones que acumulan por el viento; los tejidos se autoregeneran en innumerables especies (incluido Homo sapiens)… La naturaleza utiliza una paleta de materiales, que puede cambiar drásticamente sus propiedades con simples ajustes estructurales. La piel de la cara, por ejemplo, no es igual que en las plantas de los pies, siendo el mismo material. ¿Por qué no diseñar a través de un monomaterial objetos que funcionen dependiendo del contexto sin la necesidad de añadir mas material que el necesario?. ¿Y si emplearamos el exceso de dióxido de carbono de la atmósfera y los océanos para crear bobinas de material 3D como ya lo hacen los corales o los mismísimos bosques?.

Los gusanos de seda actúan como impresoras 3D vivas. El equipo del MIT Media Lab en colaboración con otras universidades (TUFTS University y WYSS Institute, Harvard University) fabricaron una estructura geodésica inspirada en Buckminster Fuller de 26 paneles poligonales establecidos por una máquina de control numerico por ordenador CNC y liberaron 6.500 gusanos Bombina moryx que imprimieron una bellísima estructura que ahora cuelga en el vestíbulo de su sede.

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Basándose en la capacidad del gusano de seda para generar un capullo 3D con hilo de seda con 1 km de longitud, la geometría general del pabellón fue creada utilizando un algoritmo que asigna a un único hilo continuo diversos grados de densidad. Las variaciones en el espesor responden a la luz, al sustrato, donde el gusano funciona como una biocomputadora programada por su ADN y utilizando simplemente la seda producida mediante la digestión de material vegetal, su alimento. (click en la imagen para ve un video muy cool).

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 Otra prueba robótica bioinspirada y también realizada por el MIT Lab puedes verla aquí (minivideo-1-min.). Sencillo pero muy lejos de lo que ahora se presenta con los polímeros tipo PLA, ABS o Laywood.  Biodegradable el PLA?. No sin causar daños en plancton dulceacuícola según bioensayos (publicación en elaboración y futuro post!) que yo mismo estoy conduciendo. Pero además el maíz de donde procede es fundamentalmente transgénico, emplea grandes cantidades de agua, energía, fertilizantes, y todo para producir otro plástico mas… No cerramos el ciclo. Ciclo lineal de la cuna a la tumba. Lo mismo de siempre. Tecnología del siglo XXI con procesos y mentalidad de usuarios del siglo XIX-XX.

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detalle del bioensayo con diferentes materiales para impresión 3D y dafnia

Quiza en un futuro dispongamos de “proveedores” de biomateriales 3D en casa, que cumplan las sencillas reglas del proceso natural. Al fin y al cabo ya lo hacemos al cosechar nuestros alimentos. Janine Benyus recientemente ha sugerido que “la ciencia de los materiales debe ser un proceso de aprendizaje de otros fabricantes. Si estás usando algodón, una planta lo ha hecho para ti. Si estás usando lana, una oveja la tuvo para ti. Es tiempo de empezar a hacer nuestros propios materiales”. O sea que hemos de proceder a cultivar microorganismos cuidadosamente mantenidos o arañas o gusanos o micelios de los hongos, cada uno criados para ejecutar las reglas simples que requerimos para nuestros materiales-objetos impresos en 3D. No en vano los 1.500 millones de huevos que tal número de gusanos produce, serian capaces de construir 250 pabellones similares. Nos encontramos por tanto a una escala de arquitectura, de espacios grandes.

Es sin duda un atractivo concepto de ciencia ficción que nos abre la puerta a la reflexión. Esta idea de “bio-utilización” mas que de biomimesis abre la puerta para la biorealización de nuestros proyectos mediante el empleo de otras especies vivas. Por supuesto, dependemos de organismos domesticados de todo tipo, no sólo las cabras o la levadura, sino también los cultivos que comemos, las fibras que empleamos, las abejas, etc. Pero es que la naturaleza tambien lo hace. Numerosas especies de hormigas y termitas y otros insectos sociales (ver post) han pasado millones de años domesticando ciertos hongos que proveen el alimento necesario a la totalidad de la colonia. Entendamos la domesticación como un tipo de simbiosis. Nos modificamos mutuamente. Toda la Red de la Vida es así. ¿Hay alguna diferencia?.

Pronto tendremos un estudio de impresión 3D cerca de nuestra casa, de nuestro lugar de trabajo o de nuestro restaurante favorito, expulsando microparticulas que pasaran a nuestros bronquiolos y a los de sus hijos. Puede representar una oportunidad para nuevos negocios o una amenaza. Como Janine Benyus dijera”asegurémonos de que estas impresoras no son pequeños volcanes en nuestros escritorios, creando nuevos peligros ambientalmente insostenibles”. Vamos a asegurarnos de utilizar materias primas localmente abundantes y benignas. Hagamos las cosas como lo hace la Naturaleza, metabolizando nuestros productos al final de su ciclo y propiciar las condiciones más idóneas para la Vida. Que así sea.

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Materiales, peces y tabaco…

Algunos materiales y procesos de defensa encontrados en peces pueden ayudar a absorber sustancias tóxicas que afectan de modo importante a los fumadores pasivos…. seguir leyendo

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