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Empresas como bosques

Este es el titulo del curso formativo introductorio a la Biomimesis que recientemente he impartido al gigante líder global del acero, ArcelorMittal en su sede de I+D de Avilés en el norte de España. Todo un reto. Con un alumnado formado por ingenieros especializados en algoritmos, materiales, procesos… que asistieron a sesiones de design thinking, system thinking, innovación bioinspirada e ingeniería de nuevos materiales en la que también participó Carlos Saez Comett (salu2 !) como experto en esta ultima materia.

Uno de los objetivos fue por supuesto analizar y valorar el cambio de época en el que sumergimos y valorar estrategias para afrontar soluciones en escenarios de futuro en el que sabemos que la incertidumbre vamos a tener que manejarla, los costes asociados al caos climático entran en los balances económicos y que la naturaleza va a ser un aliado fiable, entre otros muchos aspectos. Ademas la Sostenibilidad ya no es suficiente (post julio 2016) y que la regeneración puede ayudarnos a sobrevivir en un planeta que se autoregula ante los hechos de sobrepasar ya 4 de sus límites de funcionamiento (link UE+link SRC | imágenes mas abajo)

momentos e imágenes de contenidos durante las sesiones formativas con Arcelor-Mittal

Los bosques nos muestran el camino a seguir. Hace cerca de 400 millones de años, los árboles conquistaron la tierra firme y desde entonces no han parado de evolucionar con una gestión de recursos descentralizada y altamente eficaz; distribuyendo nutrientes, agua y energía de modo compartido junto con numerosos organismos como los hongos, insectos, aves o mamíferos junto con los sempiternos microorganismos como las bacterias; donde la gestión de los residuos es perfectamente circular, con hogar y trabajo para todos. Y sin necesidad de ingenieros agrónomos o forestales saben gestionarse de un modo sostenible y regenerativo. Años atrás publiqué una conferencia sobre el valor de los bosques muchos mas allá del valor de la madera.

Otro gigante empresarial como es Interface Floor se prepara ya para este cambio de paradigma con estrategias que pueden replicarse en otros sectores. El gran Ray Anderson que precisamente inauguró este blog en el año 2013 (post) dejó antes de su fallecimiento el camino a seguir.

algunas acciones a desarrollar por la empresa Interface Floor de líder en moquetas

La biomimesis avanza con paso firme. Lo vemos en numerosos aspectos: tendencia publicada por la prestigiosa revista nature ; índice DaVinci; Nature-Based Solutions de la propia Comisión Europea y instituciones como IUCN o la ONU (video al final del post) solo por citar algunas. Son los adelantados que indican el camino a seguir ya. Otros tardarán, siempre los cambios los marcan las minorías y son procesos lentos. Llegaremos a tiempo…?

carteles informativos que impulsan el avance de la disciplina biomimética

Hace 5 años comenzaba la andadura de este blog precisamente recordando el fallecimiento de Ray Anderson, empresario dueño de InterfaceFloor. Ahora celebramos, en breve, haber llegado a 100.000 visitas!. No había imaginado tiempo atrás tanto interés, nada comparable con otros sitios de la Red millonarios en visitas, pero nunca fue esa mi intención ultima y si en cambio sembrar nuevas conciencias pro-conservacionistas con las sorpresas que conllevan las estrategias naturales; tampoco nunca pensé gracias al blog visitar y trabajar en el Amazonas o trabajar online para diferentes instituciones gracias al blog o ser invitado a numerosos medios de comunicación, dar conferencias o escribir artículos. Tampoco pensé en que me iba a divertir tanto investigando y explorando para dotar de contenidos este humilde e insignificante espacio que nació para mis alumnos españoles y ahora es visto en mas de 40 países. La contribución a una polinización cruzada y a una red como el micelio fúngico, es una de mis mayores satisfacciones, conectando personas alejadas pero unidas por un bien común. Como si de un bosque se tratara.

video (5 min) de la ONU sobre las soluciones que nos esperan de la naturaleza. Toma parte!.

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Estrategias invernales

 

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Reserva Natural de Grollegrund, Suecia (foto del autor M.Quirós)

El invierno que no hemos tenido al menos en el sur de Europa es real. El cambio climático rompe los ciclos que llevan millones de años proporcionando la previsión dinámica a las estaciones. Estos últimos meses han ocurrido riadas, sequías y olas en el litoral norte peninsular de mas de 9 m ocasionando numerosas catástrofes incluyendo la perdida de vidas humanas. A la espera de los últimos registros, es mas que probable que febrero del 2016 sea el mas caluroso y seco de las últimas décadas. A pesar de la ausencia del invierno, hoy homenajeo a las estrategias naturales relativas al mantenimiento del calor (energía) en las duras condiciones externas.

Ya sea en nuestros hogares o en donde trabajamos, el mantenimiento del frío fuera de nuestros espacios es algo que se agradece. Los organismos salvajes, al caer las temperaturas por debajo de cero, mantener el calor puede llegar a ser una cuestión de vida o muerte. En todo el planeta el mantenimiento óptimo de esta temperatura en los edificios no es solo ya una cuestión económica sino también de salud planetaria. El 52% de los humanos vivimos en ciudades y llegaremos al 70% en las próximas décadas. Desde las urbes lideramos las emisiones de gases efecto invernadero (GEI) a la par que una demanda enorme de combustibles fósiles. ¿Qué podemos aprender de la naturaleza para mantenernos calientes de manera más eficiente? El coste energético en la Naturaleza es elevado también pero plantas y animales diseñan multitud de estrategias para regular la temperatura y mantenerse calientes gracias a la piel o las plumas, a estructuras vasculares, la orientación del grupo y muchas otras más. La emulación de estas estrategias en los diseños humanos podría ayudar a encontrar nuevas maneras de mantener calientes y confortables nuestros espacios mientras también conservamos energía sin calentar el planeta. Veamos 3 de estas estrategias.

 

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Esquema de la ocupación, demanda de recursos, emisión de gases EI y consumo energético de las ciudades hoy (M.Quirós)

El murciélago cola de ratón (Tadarida brasiliensis) alterna condiciones de temperaturas extremas mientras permanece en cuevas o volando a grandes alturas para alimentarse. Si tienes apenas 15 g de peso esto supone un problema. El uso de cámaras infrarrojas térmicas, permitió la identificación de puntos calientes a lo largo de los flancos de su cuerpo ausentes por ejemplo en otras especies como Myotis velifer de hábitos diferentes La hipótesis se basa en posibles adaptaciones para la migración, particularmente en la vascularización que gracias a lo observado por transiluminación de las arterias y las venas perpendiculares al cuerpo en la región proximal alar. Estos “radiadores” ayudan a mantener el equilibrio de calor gracias a la ventana térmica con sangre caliente que disipa energía mientras vuelan en condiciones de calor, pero pudiendo desviar el circuito venoso a a cierta distancia durante el vuelo en el aire más frío a gran altura. Analizando el fluido térmico vascular en otras 122 especies de 15 familias de quirópteros aparecieron sólo en especies de la familia aquí descrita. Las potenciales ideas de aplicación podrían ser en la creación de “puntos calientes vascularizados” en edificios, ordenadores, ropa, sacos de dormir, etc. Brillante para tan minúsculo organismo.

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Tadarida brasiliensis; vascularización e imágenes de infrarojo de los “radiadores” y la Tª alcanzada (autor: Jonathan Reichard).

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Transferencia gradual de temperatura del quiróptero según eleva su vuelo.

El multivariado tamaño y forma del pico de las aves no para de sorprendernos. Ya vimos su influencia en el diseño de los trenes de alta velocidad (post enero 2014) o en la protección con los carpinteros (post dic 2013) pero hay mas. Mucho mas. Ya sabemos a través de un estudio, que los picos más grandes tienden a ser encontrados en ambientes calurosos, mientras que las aves en hábitats más fríos han evolucionado picos más pequeños. La investigación además valida una teoría ecológica de 133 años de edad, llamada regla de Allen, que predice que los apéndices endotérmicos de origen animal como las extremidades, orejas y colas son más pequeños en climas fríos con el fin de reducir al mínimo la pérdida de calor. Estudiadas mas de 200 aves de diversos hábitats y morfologías se vio de modo significativo una correlación entre la longitud del pico y la latitud y la temperatura ambiental. Las especies en climas más fríos mostraban tamaños significativamente más cortos. El tucán toco tiene la capacidad de regular la distribución del calor modificando el flujo de sangre, a modo de un radiador térmico transitorio. Los resultados indican que el pico del tucán es, en relación a su tamaño, una de las mayores ventanas térmicas en el reino animal, rivalizando con las orejas de elefante en su capacidad para irradiar el calor del cuerpo.

billsel tamaño del pico indica el hábitat : mas pequeño = + frio; mayor = + calor

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video de 20 sg de termorregulación del tucán

Finalmente no podemos olvidar al gran maestro en la conservación de la energía, Ursus maritimus, el oso polar, el mayor de los depredadores terrestres con mas de 3 m. de longitud y 800 kilos (algunos ejemplares con 1 tonelada). Sus 37ºC corporales pueden soportar los -50ºC con lo que la retención de calor es vital. Para ello desarrolla numerosos diseños aunque hoy solo veremos el externo. El pelaje de los osos es muy denso, con pelos claros que no blancos con varias longitudes que dispersan la luz, creando un efecto albedo elevado. Cada tallo de pelo es por tanto libre de pigmentos y transparente con un núcleo hueco que dispersa y refleja la luz visible, al igual que sucede con el hielo o la nieve. Se les ven más blancos cuando están limpios y bajo un gran ángulo de la luz solar, especialmente justo después del período de muda (primavera-fin del verano). El color amarillo que a veces se observa procede de los aceites acumulados en su dieta de focas. El denso pelaje basal absorbe y trasmite la luz solar al cuerpo. La piel es oscura y bajo la primera capa otra de 12 cm de grosor absorbe los rayos del sol aumentando la temperatura corporal. Estos colosos permanecen invisibles a las frecuencias del infrarrojo pues están tan bien aislados que su superficie está a la misma temperatura que la nieve. Se detectan pues con luz UV.

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características de la cubierta externa del oso polar (modificado de R.S.Publsh.)

Aunque no es del todo cierto: la emisividad del pelaje en el infrarrojo es también casi igual a la de la nieve por lo que podría ayudar a aislar a los osos mediante la reducción del calor que irradian. (Biomimicry Guild). Por supuesto su elevada ingesta de grasa ayuda en este multifuncional diseño. Algunas de estas características podrían aplicarse a aislamientos altamente eficaces para condiciones de frío extremo; ropa de camuflaje para evitar la detección por infrarrojos; material de ropa de ski y deportes extremos de nieve y supervivencia o para calentadores de agua solares más eficientes. Queda mucho aún para su emulación pero vamos avanzando en el conocimiento.

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pintura del autor(manuelquiros.com); microfotografía del corte transversal de un cabello de oso polar de 0,1 mm de diámetro; pelos de oso polar de 2,5-15 cm (fotos Bill May)

 

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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?…

Captura de pantalla 2013-09-24 a las 13.24.30slideshare (click en la imagen)

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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la foto 2

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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