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Biomimesis y Diseño Regenerativo

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La palabra “diseño” desde la biomimesis tiene un sentido inclusivo, amplio. Concebir y dar forma a sistemas complejos donde la Tierra y sus procesos se unen con la cultura y comportamientos humanos para darle forma en el contexto actual, donde la naturaleza cuenta. A menudo se confunde el diseño, con una visión mas estética y superficial, mas de moda y decadencia de los últimos años de la Era industrial. La naturaleza no crece, evoluciona, se adapta incrementando, eso sí, complejidad, lo contrario que los humanos. Si bien es cierto que cualquier desarrollo implica la alteración de las operaciones de los procesos naturales, podemos trabajar para retener la integridad esencial de sus capacidades regenerativas. Estas las podemos resumir en 6 (5 de ellas en el gráfico): La conversión de la energía en vida. Desde la comida que nos nutre hasta el oxígeno vital, la energía solar pasa por una serie de conversiones: la biomasa vegetal, incluyendo al fitoplancton, la biomasa animal, el calor y su disipación parcial al espacio…todo ello mantiene la vida en la Tierra. Para que la energía y los materiales lleguen a ser disponibles a la inmensa comunidad ecológica, la distribución resulta ser un elemento imprescindible. El viento, el agua, la gravedad, el movimiento de animales, estrategias de plantas y hongos, etc participan en ello. Nosotros también lo empleamos con los trenes, aviones, barcos…etc pero añadimos  problemas globales bien conocidos a la totalidad del sistema (calentamiento global, contaminación global, depleción de recursos, perdida de hábitat y de biodiversidad…sufrimiento humano…).

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Diagrama de Flujos de J.Tillman Lyle (traducido y modificado M.Quirós)

Las plantas y el propio suelo, entendido éste como un ecosistema complejo lleno de vida, actúan como un motor de filtración del aire y del agua, removiendo materiales. La descomposición en sub-productos y partículas cada vez de menor tamaño desde la superficie hasta las capas mas profundas, restauran y regeneran naturalmente las impurezas permitiendo el paso hacia las siguientes etapas del proceso del tratamiento de los insumos naturales. Todo lo que se produce en los ecosistemas, en la nave espacial como dijera Bucky Fuller (post junio_14), vuelve al ecosistema. Los materiales ya filtrados retornan mediante la re-asimilación, en su mayor parte en forma de biomasa muerta, que nosotros definimos como basura. Pero como ya sabemos, la basura en la natualeza son recursos para una inmensa comunidad de descomponedores, infinitas poblaciones de insectos, gusanos, bacterias, hongos… que albergan mas allá del 20% del total de la biodiversidad. Este montante de recursos refleja la importancia de este proceso que podemos subdividirlo en 3 etapas: detritos particulados-producción de humus y materia orgánica soluble-mineralización del humus. Todo ello en un proceso lento, muy lento pero fundamental para la re-vitalización de la Tierra. Por último, para avanzar en los procesos cíclicos, los materiales permanecen inactivos por un cierto tiempo, aguardando una eventual reutilización. Este almacenaje lo vemos claramente en el agua que tras ser depurado por el suelo permanecerá tiempo en los acuíferos hasta ser reclamados por las raíces de los árboles u otros organismos del eco-sistema. Lo mismo ocurre con la energía almacenada en el carbón, gas o el petróleo. Algunos depósitos permanecen horas, otros millones de años. En el Amazonas por ejemplo, los nutrientes no están en el suelo sino en la biomasas arbórea. El proceso es muy rápido.

El último elemento del proceso regenerativo está en el propio pensamiento. Aunque nuestra especie actúa directamente sobre el 60% de la biosfera, los lugares prístinos como desiertos, zonas polares o profundidades oceánicas también se ven alteradas por nuestras acciones. Nada se escapa. Lo mas alarmante es que la independencia natural, base de su propio funcionamiento, está siendo modificada, lo cual representa toda una alteración sistémica de su eficacia. Este punto da para mucho…y es en definitiva la base de este blog. Os dejo el modelo ideado por el gran Instituto Donella Meadows, ejemplo de difusión y necesidad de abrazar el pensamiento sistémico en cualquier escala. El modelo iceberg, ayuda a contextualizar ayudándote a conectar un determinado evento o incidente hacia los patrones, sistemas, estructuras e incluso modelos mentales con los que el ser humano funciona. El iceberg simboliza lo oculto de estos procesos y si logras identificarlos y conectarlos serás capaz de encontrar soluciones que perduren a largo plazo. Sostenibilidad y regeneración, verdad?.

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Modelo Iceberg del Instituto Dana Meadows (traducido y modificado M.Quirós)

La Red a menudo nos ofrece recursos gratuitos valiosos. Os dejo un enlace a una tésis de la Virginia Polytech de la Universidad norteamericana del mismo nombre sobre la puesta en práctica del diseño regenerativo. Finalmente he traducido uno de sus muchos gráficos con el que nos regala este trabajo en el que una vez mas comprobamos la analogía con los Principios de Vida, los Patrones unificados de la Naturaleza…o como yo ya llevo empleado “Como Funciona la Vida”. Estos patrones no pueden ser monopolizados y menos aún propiedad intelectual de nadie en particular. Recordar que todo lo que sabemos es un modelo que ha de ser compartido y cuestionado para que si ofrecemos uno mejor, sea reemplazado.

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Principios y Estructura del Sistema Regenerativo por John Lyle (traducido por M.Quirós) 

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Biomimesis y Arte

DANAUS DOUBLE HELIX

Danaus doble_helix de Rafael Araujo

Sin duda alguna Leonardo da Vinci, sería hoy el gran practicante de la biomimesis. Su mirada profunda hacia la observación de la Naturaleza con sus formas, los procesos y su potencial aplicabilidad para el beneficio humano le posionarían ya en un puesto de liderazgo. La profunda admiración y respeto hacia la Vida, lecciones aprendidas de los propios sistemas vivos, le empujarían de modo natural definitivo hacia la sostenibilidad y la regeneración. Leonardo señaló que fuera de la Naturaleza no hay nada y otras búsquedas son vanas… y que la perfección y elegancia alcanzada por ella la convierte en un modelo aspiracional para el ser humano imperfecto por definición…. La Naturaleza siempre marcó sus pasos. Pero esta admiración data de mucho antes. En las cuevas de Lascaux o de Altamira, quizás yacen los registros conocidos mas antiguos con casi 40.000 años, cuando el hombre primitivo, artistas ya, eran capaces de dotar a sus manifestaciones de una fuerza chamán, que nos reconectaba con nuestros ancestros. No ha habido en la historia del arte, artista menor o genial que en algún momento de su evolución no haya encontrado inspiración de lo  natural.  Desde las geniales muestras en la tumba de Knumotep, Miguel Angel, Rafael, Massacio, Durero o Pisanello por citas unos pocos… dan muestra de ello. Todos ellos y muchos otros mas, con su obra, reconfortan nuestro espíritu, haciéndonos mas libres.

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Rinoceronte rupestre de Lacaux (40.000 años a.C. aproximado)

La biomimesis es una disciplina en pro del  arte mas allá de la inspiración en si misma, pues hemos de re-aprender a mirar, a contemplar el detalle y la observación del mundo vivo nos re-conduce. No podemos re-conectar desde un ordenador, que sin duda es muy útil, pero hemos de salir fuera, andar sobre un parque o una playa (descalzo mejor) y observar directamente lo que allí ocurre. Aislado de lo tecnológico, con tiempo, curiosos, disfrutando y con la humildad que como seres jóvenes en la historia de la evolución, somos.

Estos días en Madrid, he tenido la enorme suerte, por la coincidencia en la ciudad donde vivo y por la enorme admiración que tengo de su trabajo, de conocer al maestro Rafael Araujo que hoy os presento a algunos.

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Rafael Araujo en su estudio con una de sus últimas obras (foto M.Quirós)

Rafael fue portada (abajo imagen con el enlace) y entrevistado en el número 9 (muy recomendable la visita) de la galardonada ZQJ, donde colaboro, mostrando parte de su magna y fabulosa obra original. El trabajo de Rafael es único. La magia de sus trazados, lo elaboradísimo de sus trayectorias, la conjugación con el número áureo tan alineado con la biomimesis y sus secretos desvelados, la belleza de su obra lo posicionan en una exclusiva rareza hoy. La obra de Rafael desarrolla imaginariamente las trayectorias en 3D del vuelo de mariposas donde somos capaces de visualizar las líneas imaginarias en el espacio que ocupan o las perspectivas geométricas de una caracola cuya estructura se basa en cálculos áureos que el propio molusco posee de modo integrado en su genoma. El cálculo le soluciona como una triple hélice cónica del vuelo de los lepidópteros en torno a un eje, un reto de diseño y composición complejos. Podría decir que su camino es la sofisticación de su mano en acción. Como un rito en la ceremonia del descifrar los misterios de lo vivo. También se adentra en otros modelos mas relacionados con su formación de arquitecto. Todo ello a mano, sin asistencia de ordenador, con lápiz y escuadras sobre lienzo preparado para su abordaje. Su oficio dentro del marco proporcionado por la geometría polar le ayuda junto con los cálculos de algunas formulaciones logarítmicas. Todo un proceso largo, metódico y laborioso lleno de pasión y obsesión tan importantes en el método artístico. Su aproximación es simplemente colosal.

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algunos cálculos algorítmicos en caracolas de Rafael Araujo 

Rafael ha conseguido durante estos días otro colosal mérito. Mediante el método de crowfunding quiso recaudar fondos para darnos acceso a sus dibujos y ponerlos en mano (nunca mejor dicho) del gran público mediante un libro para colorear. Pidió 30.000$ y ha llegado casi al 500.000$ !! que le va a catapultar a otros escenarios. Haz click en la imagen.1

Fruto del encuentro personal que hemos tenido este artista venezolano, internacional durante estos días en Madrid, vamos también a tratar de conjugar algunas acciones y una de ellas es lograr una posible exposición aquí en la capital, donde polinizar su magna y especial obra en otros escenarios para ser visualizado por otros amantes no solo de los números áureos sino del natural para que su trabajo permanezca y pueda llenarnos el espíritu tan falto hoy de contenidos y tan necesitado de ellos. Que la Naturaleza nos ayude!. 

Podéis acceder a un par de videos (2 y 1 min.) donde se contemplar la evolución de 2 de sus piezas…

Aquí podéis contemplar algunas obras mas…y os aseguro que en vivo son aún mas espectaculares!. Disfrutar del fin de semana…

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Como Funciona la Vida

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Una de las bases fundamentales ocultas de la biomimesis aplicada a productos o servicios es proporcionar un impacto positivo en los entornos mas cercanos y viceversa, es decir que producto y entorno puedan trabajar conjuntamente para incrementar la calidad de sus funcionamientos combinados. De la misma manera que un roble es parte de un ecosistema mayor, con flujos de materiales y energía, donde cada organismo tiene una función para el mantenimiento del resto de otras vidas. El objetivo de los que la escuela norteamericana denomina Los Principios de la Vida (post nov 2013), o los elementos de Cradle to Cradle (post nov.2014) o como yo prefiero nombrar, Como Funciona la Vida (CFV).

No existe una configuración definitiva de estos patrones o estrategias que se repiten en un buen número de especies y ecosistemas. Lo que es interesante es que la “lista” está abierta e incompleta pero a medida que ampliamos el conocimiento de la biología y aplicamos las analogías de su funcionamiento hacia el diseño humano, nos abre la mente a que otro mundo es posible. También nos ayuda a maravillarnos del funcionamiento de las especies por muy “insignificantes ” que nos parezcan y de paso re-conectar con la naturaleza.

El objetivo final es la transformación progresiva hacia el desarrollo de un sistema interdependiente de productos y el entorno donde las empresas emplean los recursos locales disponibles en flujos de energía renovable bajo una constante mejora de la calidad de los elementos integrantes del sistema. Por tanto al igual que un bosque, el sistema llega a ser resiliente, adaptable, auto-mejorable y auto-suficiente.

 

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Esquema gráfico donde se visualizan algunos elementos de CFV en azul (autor M.Quirós)

El autor Bill Reed afirma que a la hora de resolver un problema lo aislamos. Hoy, los desafíos son muy reales y muy complejos y no podemos seguir esta formula de aislamiento. El diseño regenerativo rompe nuestro hábito de simplificar el mundo y trabajar duro desde la complejidad de los sistemas vivos diseñando enfoques elegantes que honren y aprecien tal complejidad. Esto nos obliga a crecer más allá de lo que jamás pensamos que éramos capaces de hacer.

Efectivamente la sostenibilidad parece no ser un objetivo suficiente, aunque en estos momentos debamos seguir apostando por ella si bien el avance es lento. Plantear a priori un diseño regenerativo se antoja una tarea aspiracional, pero al menos ya está enfocada. Aquí es donde la biomimesis se encuadra, pues aprendemos del sistema, nos integramos en él produciendo condiciones favorables para la vida.

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Esquema de Bill Reed sobre la Regenésis (traducido por M.Quirós) 

Veamos al menos uno de esos principios de CFV mencionados al comienzo del post: la naturaleza optimiza y no maximiza. Optimizar significa alcanzar algo justo en una adecuada cantidad, un valor entre demasiado y muy poco. Demasiado azúcar o muy poco en sangre puede matar; necesitamos calcio, hierro, … en un rango optimo, pero demasiado puede ser tóxico. Este papel se entiende muy bien en lo referente a vitaminas, minerales y otros nutrientes pero es igualmente válido para comportamientos como el ejercicio o el sueño así como el empleo de materiales y energía. En biología sabemos que el polen en numerosas flores es empleado por numerosas especies que van desde insectos, pasando por aves y mamíferos. Es un recurso vital para sus usuarios así como para la capacidad de dispersión de la planta. El polen no se agota, a pesar de ser multi-empleado. Su uso es gestionado para ser óptimo para todos y no maximizado, pues podría ocasionar problemas de subsistencia para otros usuarios del sistema, nosotros incluidos. Además la polinización cruzada permite la extensión y colonización de las propias plantas, generándose futuros nuevos ecosistemas, regenerando la vida. Fácil, pero ¿como aplicarlo en nuestro sistema?. La sostenibilidad es a menudo compleja y las analogías y su biologización no bien entendidas. Sabemos que el transporte del futuro pasa irremediablemente por un cambio radical del diseño actual, modelo que no solo maximiza los recursos para la propia fabricación de los que el transporte requiere, sino sobre todo para la etapa de uso que agota ingentes recursos fósiles generando daños ambientales irreversibles. En algunas grandes ciudades aparecen nuevos sistemas de transporte en los que el cliente demanda no ya la propiedad del producto, el coche en este caso, sino el servicio que este representa. No está interesado en poseer el coche, ser su dueño sino que emplea diversos servicios como Car2Go, Bluemove, Respiro, Buzzcar, etc a precios asequibles. Esto supondrá una importante desmaterialización del bienestar que sin duda optimizará los recursos. En este emergente modelo, un solo vehículo puede sustituir a mas de 20 propietarios potenciales que comparten, al igual que los polinizadores, el mismo recurso optimizado. La consiguiente disminución de recursos necesarios para la fabricación supone un importante ahorro en las emisiones de GEI para la totalidad de la biosfera. El coche ya no nos representa. Mucho queda aún mientras las cargas de estos vehículos eléctricos sigan dependiendo del petróleo o de energías lejanas; o la batería de litio cuyo fin de vida no está resuelto.  No es una medida regenerativa pero sin duda supone una transición hacia ella.

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Comparativa entre estrategias biológica y de diseño en optimizar en vez de maximizar (imágenes de HOK y Bluemove/Buzz car webs)

La Universidad Técnica de Delft (TU Delft) una de las mas prestigiosas de Europa pone a tu disposición una interesante publicación gratuita online del 2015 donde con tiempo, dedicación y esfuerzo, avanzar a entender y aplicar la regeneración en lo que ellos denominan principios NID (nature inspired design) en tus diseños. Un regalo para terminar, para los que como yo, no hemos tenido vacaciones de Semana Santa….

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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.

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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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Nepentes y el superdeslizamiento

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La estrategia de las plantas carnívoras a la hora de obtener nutrientes ausentes en sus ecosistemas marginales mediante la caza de insectos, aves o incluso micromamíferos era negada y considerada anti-natura por el mismísimo Linneo, gran naturalista del XVIII, por considerar a las plantas seres inferiores, proponiendo tales cualidades a poderes divinos casuales.  En cambio Darwin fascinado por ellas, sabia que eran adaptaciones propias de la evolución. En los ecosistemas donde habitan, zonas pantanosas, ciénagas…, al no existir oxígeno, la materia orgánica no se descompone haciendo imposible la obtención de ciertos nutrientes como las proteínas, base para producción del ADN. Del cuarto de millón de plantas conocidas, tan solo unas 630 especies son carnívoras siendo las mas conocidas las plantas jarro, las dróseras, las utricularias o las atrapamoscas solo por citar algunas. Todas han desarrollado fascinantes mecanismos para atraer a “seres superiores” y así poder sobrevivir. Mediante el color rojo (pigmento antocianina) que simula la carne, o el dulce néctar, irresistible para los animales, estos son atraídos. En el caso de Nepentes, la planta ha modificado alguna de sus hojas (video 4 min) hasta convertirla en un jarro cuyo borde o peristoma posee una estructura capaz de deslizar a cualquier ser por pequeño que sea y posea estructura anti-deslizante alguna, para hacerlo caer al interior donde se añadirán otros mecanismos como las paredes y pelos cerosos que imposibilitan la escapatoria o un líquido enzimatico que digiere poco a poco el cuerpo del animal. Estas sustancias internas son capaces de atravesar los duros exoesqueletos de los insectos o el pelaje y plumaje de mamíferos y aves respectivamente.  Resultan espectaculares la combinación de estrategias para un “ser inferior” de modificación de la forma y función (la hoja realiza mal la función fotosintética),  la propia atracción, la captura, la no escapatoria y finalmente la muerte y metabolismo de la presa.

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Características básicas de algunas plantas carnívoras |varias fuentes de la RED modificado y traducido por el autor|

Hoy solo veremos una de las partes de tan sofisticado mecanismo que ha inspirado a un equipo de investigación de Harvard a la creación de un nuevo material. El borde o peristomo (peri alrededor; stomo boca) posee células anisótropas en las que la solución acuosa se mantiene por tensión superficial como una fina película que hacer resbalar cualquier material que se pose incluyendo a las hormigas que incluso con sus almohadillas ventosas pierden el control a su paso sobre la superficie…Este mini video (1:30 min) lo deja claro!.

Los científicos del Laboratorio de Aizenberg del Instituto Wyss de Ingeniería Inspirada Biológicamente de la universidad de Harvard buscaban materiales naturales omnifóbicos, repelentes de todo. El equipo de Harvard diseñó un material capaz de no mezclar cualquier líquido vertido sobre él, una matriz aleatoria de nanofibras. Han llamado a su producto SLIPS (superficie porosa infusionada con liquido resbaloso), y parece repeler todo: sangre, aceite, incluso el hielo que no puede formarse en su superficie. Con apenas un ángulo de inclinación de 2 grados el nuevo material funciona no sólo como auto-limpiable, sino también como auto-reparable con organización propia. Cuando se hacen cortes en la matriz estructural, el líquido llena rápidamente las secciones y el rendimiento de la superficie resbaladiza continúa sin cesar. Por fín parece haber sustituto al dañino teflón, y promete ser útil para una amplia gama de productos biomédicos, industriales como revestimientos de tuberías, superficies públicas de auto-limpieza y aplicaciones para deshielo. Ya se estudian en otros campos como la óptica, sensores y células solares.

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representación de SLIPS (premio R+D 100 Magazine 2012)/abajo: izda fotografía bajo microscopio electrónico de barrido (SEM) con glóbulos rojos coagulados, riesgo común y potencialmente mortal asociado con el uso de dispositivos médicos implantados; dcha: portaobjetos de vidrio sumergidos en sangre demostrando la eficacia del recubrimiento TLP-tratada a la derecha.

Este nuevo material supera a lo existente y mejora el conocido el efecto Loto (post 31 oct 2013 y mini-video explicativo) que no funciona bien para líquidos orgánicos o complejos, ni tampoco si la superficie está dañada (por ejemplo, rayada) o sujeto a condiciones extremas, pues las gotas tienden a pegarse o hundirse en las texturas en vez de rodar lejos. El material inspirado en la planta de jarra tiene un enfoque fundamentalmente diferente. En lugar de utilizar, nanoestructuras llenas de aire sin rebabas para repeler el agua, como hemos visto, el borde de la jarra crea una capa resbaladiza y el propio fluido se convierte en la superficie repelente. El propio material hace las funciones!. El efecto es similar a cuando un hidroavión se desliza sobre el agua.

Veamos algunos videos interesantes sobre el asunto:  5min de los propios investigadores; TED (17 min) sobre biomimésis extrema, mas aplicaciones desde Harvard y el enlace a la empresa que ya comercializa el material.

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nombre de la empresa que comercializa las propiedades bioinspiradas en Nepentes

De nuevo la naturaleza nos muestra una super-tecnología que hasta ahora era desconocida, con enormes posibilidades de mejorar la vida y creando valor. El propio Linneo, escéptico entonces, ahora se vería igual de maravillado que nosotros. Pero estas plantas que evolucionaron hace 60-125 millones de años (no hay fósiles claros), son muy sensibles a los cambios ambientales. En concreto los desechos agropecuarios y la propia contaminación de las centrales eléctricas convencionales añaden un exceso importante de compuestos nitrogenados que van a parar a las turberas y otras zonas pantanosas causando un exceso de fertilizantes que acaban “quemando” a la planta. Ojalá estos delicados y fabulosos organismos que llevan millones de años diseñando estrategias de supervivencia, continúen haciéndolo para nuestro propio bien común.

Os dejo un interesante artículo sobre el tema, publicado en el número 3 (español) de la prestigiosa Zygote Quarterly Journal donde colaboro.

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El Maestro de las formas

 littleoctolarva de octópodo de David Liittschwager

La sepia, el pulpo y el calamar son los indiscutibles campeones del camuflaje y han ejercido exitosamente su oficio durante los últimos 500 millones de años. Mientras que sus parientes las almejas se quedaron descerebradas, seguras y casi inmóviles, los nautiloides y amonites acorazados comenzaron una osada aventura evolutiva, debido a la presión de los peces, hacia el peligroso mundo de la caza en movimiento, culminando en los vulnerables pero astutos cazadores de cuerpo suave que hoy conocemos. Los cefalópodos (que significa cabeza con patas) son los moluscos más inteligentes, grandes y móviles que presentan unas poderosas y singulares adaptaciones, como sus tentáculos con ventosas que les sirven para explorar, ojos que funcionan como una cámara fotográfica, piel que cambia de forma, color y textura, capacidad de formar nubes de tinta negra para escapar, feroces y picudas mandíbulas, un complejo comportamiento aprendido, y hasta relaciones simbióticas con bacterias bioluminicentes y neurotóxicas. Hay aproximadamente unas 700 especies de cefalópodos  incluyendo las sepias, calamares, pulpos, y el nautilo que viven a lo largo de los mares del mundo. Son considerados como los invertebrados marinos más altamente evolucionados que poseen órganos sensoriales elaborados, grandes cerebros y comportamientos complejos y a menudo son descritos como impresionantes criaturas inteligentes probablemente porque son los primeros invertebrados considerados como «sensibles» y, por lo tanto, el uso de ellos está incluso regulado por una directiva europea. En España nos limitamos a comerlos y sin duda nuestra relación hacia ellos debe cambiar.

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 evolución de los moluscos de un ancestro común y su filogenia en los cefalópodos (en azul) | anatomía parcial del cerebro de un pulpo

Los pulpos resuelven problemas, aprenden técnicas, curiosean avidamente todo lo que les circunda y llegan a sintetizar un nuevo brazo cuando es cortado. Incluso existe una metodología de enriquecimiento en acuarios para la especie. Nadie sabe con exactitud el número de especies, pero actualmente se conocen mas de 100 pulpos diferentes y mas de 300 del género Octopoda (8 patas). Son animales asombrosos con un cerebro descentralizado! y este punto aislado nos podría conducir a todo un aluvión de ideas para numerosas aplicaciones actuales. En estos invertebrados, el cerebro de halla por todo el cuerpo, desde la cabeza, 3/5 en sus brazos, e incluso la piel con numerosos organos sensoriales incorporados y sensores de luz a modo de millones de cámaras en funcionamiento a tiempo real y en contacto con el entorno que le rodea. El tamaño del cerebro es menor que el de una lagartija pero por el número de neuronas se asemeja mas al de un gato doméstico, hecho sorprendente para un invertebrado emparentado con las almejas o los caracoles. A pesar de su condición de daltónico de modo impecable imitan formas, colores y texturas para pasar inadvertidos y que su supervivencia y comunicación resulten exitosas. Este minivideo os lo muestra así como el que en su momento os mostré desde la sección de videos (nº7) de este mismo blog.

Roger Hanlon, gran experto, nos habla de lo que no sabemos de algunos de los mecanismos de los pulpos (4min.)

Desde siempre no solamente la especie humana, pero muchos otros organismos han necesitado del camuflaje para numerosos propósitos. El mimetismo y la cripsis en nuestra especie ha evolucionado desde algo básico empleando ramas y otros elementos naturales (recordar el vestuario militar) hasta lo que hoy intentamos alcanzar mirando y estudiando algunas especies animales que nos rodean. Tan solo la piel (un solo órgano) de los pulpos (una sola especie) resulta una poderosa herramienta de comunicación, camuflaje… que aún soñamos emular. Hoy nos resulta imposible conocer su funcionamiento completo de lo descrito y por tanto poder imitarla. Las actuales aproximaciones son aún garabatos aunque el camuflaje al que hoy hago mención, denominado activo o adaptativo entendido como el que se adapta, evoluciona rápidamente al entorno que le rodea proporcionando ocultamiento a quien lo ejerce, parece cambiar la percepción. Aún estamos lejos de acércanos a las habilidades del pulpo, pero esto puede cambiar según vemos en un reciente trabajo de las universidades de Houston e Illinois que acaban de desarrollar una hoja flexible y píxelada que detecta luz cambiando incluso los patrones del aspecto externo del blanco al negro y viceversa. Ciertamente lejos aun del pulpo pero sin duda un comienzo…(0:37 sg video) .

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algunas características de los cefalópodos con énfasis en la piel

La piel del pulpo como se ilustra en la imagen, resulta ser una malla compleja formada por tres capas de células neurosensitivas pigmentadas que en contracción emiten color mientras que relajadas no lo hacen. Los cromatóforos serían algo así como los pixeles de un Kindle a modo de una tinta de cristal fotónica. El resto de capas pueden reflejar pasivamente la luz ambiental para llegar a igualar el color del entorno. Las posibilidades de innovación que se brindan tras el estudio (no culinario) de los mecanismos y los procesos de una determinada especie animal, como en este caso, son ilimitadas. Es cierto que con el pulpo se requiere de cierta nivel de financiación debido a su sofisticados mecanismos, aunque otras opciones son también posibles.

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algunos diseños bioinspirados en la piel del pulpo

En el ZQJ nº4 recientemente traducido al castellano, la Dra. Tamsin Woolley-Barker nos escribe extensamente de este maestro de las formas con unas fantásticas fotografías. No te lo pierdas.

 octoformasvariedad de formas, colores y tamaños de algunas especies de octopodos (del libro japonés “Cephalopods amazing and beautiful creatures”)

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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 porques de los cambios que necesitamos.

MIDWAY a Message from the Gyre : a short film by Chris Jordan from Midway on Vimeo.

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