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Taller de Biomimesis en Madrid

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Tengo el placer de anunciaros que el próximo 16 de marzo del  2017 celebraremos un Taller de Biomimesis en Madrid. El evento, primicia en nuestro país, se enmarca dentro del proyecto europeo Biomimicry for Entrepreneurs (Biomimesis para Emprendedores) del que Biomimicry Iberia (BIA) del que formo parte, es colaborador.

El prestigioso curso de posgrado MDI (Master of Design & Innovation) del que soy docente, impartidos por el IED de Madrid ha tenido la generosidad de integrarnos en su programa y ceder el Aula Magna de su sede de la madrileña calle Larra para la celebración del evento.

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El Taller de Biomimesis será gratuito para 100 asistentes (mas información y registro: enlace) y será impartido en inglés con asistencia en castellano. El objetivo es dar visibilidad a esta maravillosa disciplina disruptiva, que algunos ya vais conociendo, de la mano de algunos de los expertos internacionales de Turquía, Biomimicry NL (Holanda) y nosotros BIA que formaremos parte del equipo docente colaborador. La idea es compartir junto con estudiantes de posgrado, diseñadores, investigadores, empresas, arquitectos, ingenieros… a todos aquellos profesionales interesados en innovación bioinspirada y sostenible, aprender lo que la Naturaleza puede aportar en nuestro trabajo desde una perspectiva sistémica, innovadora, y regenerativa.

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Superpoderes

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En breve comenzaré un interesante ejercicio con mis alumnos en torno a como el diseño puede contribuir a incrementar la biodiversidad urbana de aves e incluso la concienciación hacia la importancia de estos bioindicadores en la cuidad. Uno de los problemas con los que me encuentro es el distanciamiento desde la ciudad a la naturaleza. No porque ésta se encuentre alejada, sino porque la juventud no pisa ni siquiera los parques urbanos incluso en una ciudad con grandes extensiones verdes como Madrid, algunos como la Casa de Campo con mas de 1.700 Ha e incluso un Parque Forestal, único en Europa, con mas de 300 Ha. Lo que no conocemos no existe y por tanto no cuidamos. Uno de los retos es precisamente ese. Sacar al estudiante de su sempiterna vida en espacios de interior (casa-metro-universidad-casa-bar-casa de amigos…). A pesar de que un 95% muestran interés por la Naturaleza, dedican entre 0 y 20 minutos/semana en ella. Por tanto como atraerlos hacia la naturaleza en su hábitat diario?.

Las aves han sido y están siendo muy estudiadas en el entorno de la biomimesis sin duda por su extraordinaria capacidad de aplicabilidad. El proyecto irá de la mano de la ong Brinzal que trabaja con rapaces nocturnas por lo que hoy abordaremos algunas características diferentes a las publicadas en el post de enero 2014. Las rapaces nocturnas son cazadoras especializadas en visión a escasa luz, vuelo silencioso y extraordinario oído, entre otras adaptaciones. Lo necesitan pues la noche dificulta la tarea. La superficie que ocupa la órbita ocular en el cráneo es del 70%, la nuestra apenas el 5% y la retina les permite captar toda la luz disponible por escasa que ésta sea debido al elevado número de células fotoreceptoras, los bastones, que debido a su extrema sensibilidad a la luz envía la información al cerebro por el nervio óptico. Esto les otorga una visión 2,5 veces mas brillante que la nuestra.

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Espacio que ocupa el ojo en rapaces nocturnas y concentración de bastones oculares (composición M.Quirós)

Estudios han demostrado que estas aves son capaces de detectar pequeñísimas presas en total oscuridad. Además aprenden mapas mentales de su entorno oscuro evitando colisiones e identificando obstáculos y todo lo que conforma el paisaje. El oído, otro de sus potentes habilidades, llega a oír desde el propio huevo, indica que el sonido es un componente fundamental de su futuro  aprendizaje, siendo capaces de cazar de oído sin necesitar ver a la presa. La lechuza oye por los pabellones oculares como un sonar y también gracias a unos conductos de plumas bajo los ojos, que concentran las vibraciones del aire por escasas que éstas sean.

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Características anatómicas de la audición en rapaces nocturnas.

Además tiene los oídos a diferente altura que les permite calcular la distancia y orientación de sus objetivos sin necesidad de verlos llegando a ser hasta 10 veces mas sensible que los nuestros. Pero además son capaces de rotar hasta 270º su cabeza algo que nos mataría si pudiéramos. Gracias a la posición de las arterias protegidas dentro de las vertebras y a un reservorio sanguíneo, el flujo de sangre al cerebro no se ve interrumpido. Todo está diseñado en estas aves para sus funciones.

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En el vuelo, las aves deben combatir dos fuerzas, la gravedad y la resistencia aerodinámica que contrarrestan gracias a las fuerzas que ellos mismos ejercen de avance y estacionamiento. Además el perfil alar muy curvado en estas aves trabaja para que el aire que pasa por encima viaje a mas velocidad que el que pasa por debajo creándose una diferencia de presión que genera la llamada fuerza de sustentación. El borde posterior del ala corta el aire creando unos vórtices que impulsan al ave hacia arriba y hacia adelante, permitiéndoles avanzar. Estos son los principios básicos del vuelo descubiertos inicialmente por George Cayley permitió que la raza humana entendiera el modo de volar, hecho que tardó mas de 1.000 años desde sus primeros intentos serios. El descubrimiento de los vórtices vino luego…fly

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Principios básicos del vuelo: perfil alar; diferencias de presión y vórtices generados en el aleteo.

He tratado de la manera mas básica y divulgativa dar a entender la magia del vuelo en las aves. Pero, que tiene de especial el de las rapaces nocturnas?. Sencillamente que vuelan despacio, sin generar ruido desafiando magistralmente las fuerzas opuestas. Pero hay algo mas…en este minivideo (4 min) muestra algo asombroso, una comparativa entre 3 aves diferentes (paloma, halcón y lechuza) con resultados que explican el motivo. Pero hay mas…el perfil de las alas poseen unos filamentos que rompen el aire haciendo que este lo atraviese mitigando el ruido. Por tanto una combinación de numerosas estrategias para lograr un vuelo eficiente, silencioso y elegante que unido al oído y la visión logran cazar exitosamente en la noche sin ser detectado. Que puede inspirarnos toda esta suma de habilidades?. Algunos ya lo han desarrollado pero queda espacio para nuevas ideas…

 

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Pluma y detalle de las fimbrias de las rapaces nocturnas; potenciales aplicaciones y ventilador bioinspirado que minimiza el ruido (click para ampliar).

Este documental (52 min.) os abrirá aún mas los conocimientos de estos y otros superpoderes.

 

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Cartel empleado para las clases IED dentro del proyecto final de Ecodiseño curso 2016-2017

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Resiliencia bioinspirada

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Crustáceo resiliente (imagen vía reciclart.org)

Resiliencia (del latín resilio, -ire ‘saltar hacia atrás’, ‘volver de un salto’, compuesto a su vez por el prefijo re- y el verbo salire ‘saltar’») tiene varios significados según el contexto sea ingeniería, tecnología o psicología (no dejar de leer a Michael Rutter o a Boris Cyrulnik). El término viene una vez más de la ecología y se entiende como la capacidad de un sistema para absorber perturbaciones y reorganizarse mientras experimenta el cambio, conservando aún esencialmente la misma función, estructura, identidad, relaciones, evaluando las opciones de supervivencia. Algunos expertos ya no hablan de diseño sostenible sino de diseño resiliente o estrategias resilientes ante la evidencia de que la sociedad humana ha de adaptarse a los cambios que vienen fruto del desiquilibrio que causamos y que nos va a obligar a sobre-vivir en ese nuevo escenario. Pura evolución.

La vida media de las empresas en el siglo XXI es de unos 12 años. Si comparamos este dato con las empresas que componen el negocio de la naturaleza con la base operacional (misión-visión) de crear condiciones favorables para la vida datan exactamente unos 3.850 millones de años de antigüedad, con procedimientos estándar bien asentados y resilientes además de otras estrategias de innovación relacionados con el inicio y evolución de las condiciones de vida en el planeta. Si buscamos en Google las empresas más antiguas del mundo nos mostrará que la constructora Kongo Gumi de Japón data del 578 (no falta ningún número, si del 578), o Codorníu en 1550 o los seguros de Lloyd en 1688… Poca experiencia si la comparamos con la Vida en la Tierra. Os invito a leer (en inglés) un interesante artículo de mi amigo Tom Mckeag sobre si tu empresa esta preparada o no para los grandes cambios que vienen. Aspectos como la retroalimentación, reorganización dinámica, desacoplamiento, diversidad, modularidad, simplicidad, enjambres etc…son elementos esenciales para hacer que la empresa camine hacia la resiliencia. Todos ellos procedentes de los sistemas naturales y podéis ampliarlos y entender mejor en este interesante libro.

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John Muir y sus modelos de web ecológicas

El naturalista-activista escocés John Muir nos mostró ya hace mas de 100 años una de las estrategias de los sistemas vivos para tal supervivencia. La colaboración, la variabilidad y la interdependencia. Cada vértice (foto superior) corresponde a un organismo y los enlaces invisibles con otras especies que le permiten sobrevivir, prosperar incluso si alguna de ellas desapareciera. La representación difiere en gran medida con los que aún hoy día vemos en los libros donde la rana se come al pez que es comida por la garza que a su vez es depredada por un carnívoro mayor…. El ya clásico proyecto Mannahatta (nombre indio que dio el nombre a Manhattan) profundiza en estos aspectos…

La naturaleza no pone fábricas en las afueras de las ciudades, las ubica localmente, cerca de donde se requiere ahorrando energía, costes accesorios, tiempo y otras muchas ineficiencias colaterales y siempre muy presentes su misión-visión. La “valoración” de sus servicios fue calculada (varios trillones de dólares/año) por Robert Constanza y publicada en la prestigiosa Nature  con una infinita rentabilidad para los accionistas. Pero por encima de esa astronómica cantidad, ¿tenemos tecnología para eliminar la contaminación de las ciudades? o ¿para crear agua? y ¿oxígeno?. La respuesta es no. No dejéis de ver los fabulosos minivídeos de la Conservation International (post dic 2014) donde la Naturaleza nos habla y nos pone en el sitio donde nos corresponde. Toda una cura de humildad.

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Los sistemas vivos nos enseña algunos ejemplares únicos, excepcionales que llevan viviendo en la Tierra en algunos casos varios miles de años, sobreviviendo a 5 extinciones masivas. Nos gustan los récords a los humanos y hoy vamos a ver algunas de estas fantásticas y en algunos casos extrañas criaturas que guardan el mejor secreto de la evolución: la longevidad y la manera de sobrevivir a los constantes cambios que la Tierra sufre. Esto se ha de aplicar al mundo empresarial, pues con la crisis global que nos asola nos dan claves para evolucionar para sobrevivir, uno de los Principios de Vida (post nov13) que operan la Vida en la Tierra.  Algunos de los lugares donde viven estos ejemplares nos llevarán a una época más inocente del planeta; algunas crecen apenas unos pocos centímetros cada 100 años y esto pone a la duración de la vida humana en una perspectiva diferente; otros no debemos saber su ubicación para asegurarles su existencia futura. Veamos algunos…

La yareta Azorella yareta parece un musgo tapizante, pero en realidad es un arbusto compuesto por miles de ramas, y cada una contiene racimos de hojitas verdes en las puntas tan densamente empaquetadas que puede soportar nuestro peso. Viven en los Altos Andes o en el desierto de Atacama en Chile, y tiene 3.000 años. La Armillaria es otra singularidad excepcional; es un hongo depredador que crece en círculos o anillos que puede llegar a eliminar determinadas especies de árboles en el bosque, es también conocido como “seta de miel” u “hongo gigantesco” porque resulta ser también uno de los organismos más grandes del mundo. En Oregón, USA un solo organismo ocupa una extensión cercana a 9 Ha!. Los anillos de la muerte, patrones circulares de crecimiento, estrangula lentamente al árbol impidiendo el paso de agua y nutrientes. Esta estrategia le ha funcionado desde hace mas de 2.400 años. ¿Control, equilibrio? hoy no sabemos su función exacta dentro de los ecosistemas pero sin duda su longevidad encierra eficacia y necesidad.

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Yareta -imagen walter-rust.com- y Armillaria -imagen taringa.net-

La colonia clonal de los álamos temblones o pandos Populus tremuloides, viven en Utah, literalmente desde hace 80.000 años. Lo que parece un bosque en realidad es un sólo árbol. Se trata de un sistema de raíces gigantes y cada árbol es un tallo que surge de él. Lo que tenemos es un individuo gigante, interconectado, genéticamente idéntico, de sexo masculino y, en teoría, inmortal. Otro árbol clonal es el abeto gran picea, que a los 9.550 años, no es más que un bebé en el bosque de Dalarma, Suecia. Conocido como Old Tjikko, su ubicación se mantiene en secreto para su propia protección. Actualmente el clima se ha vuelto más cálido en la cima de la montaña y la vegetación está cambiando. Así que ni siquiera tenemos que tener contacto directo con estos organismos para provocar un impacto directo y real sobre ellos. Dentro de esta estrategia, existen otros muchos mas como el jomon sugi de la isla de Yakushima (2.180 años), o el liquen geográfico Rhizocarpon geographicum, (3.000 años) en Groenlandia o el Sagole baobab de Limpopo en Sudáfrica con cerca de 2 milenios de vida. Todos ellos llevan el registro de la historia de acontecimientos y fenómenos naturales en sus ramas, y la excepcionalidad de haber sido coetáneos a ellos.TomBean-Pix-1932

colonia clonal de álamos temblones y el Old Tjikko sueco

La siguiente imágen muestra lo que muy bien podría ser el organismo vivo más antiguo del planeta. La actinobacteria siberiana tiene entre 400.000 y 600.000 años. Esta bacteria fue descubierta hace varios años por un equipo de biólogos que esperaban encontrar rastros de vida en otros planetas investigando en una de las zonas más severas del nuestro. Y lo que encontraron, estudiando el permafrost, fue esta bacteria capaz de sintetizar y reparar ADN muy por debajo de cero ºC. Ha estado viviendo y creciendo durante mas de medio millón de años!!. Es también, probablemente, uno de los seres vivientes ancestrales más vulnerables en la actualidad porque, si se derrite el permafrost, no va a sobrevivir. Imaginar que la escritura cuneiforme o la rueda, las invenciones que marcan el nacimiento de la civilización humana, aparecieron apenas hace 5.500 años.

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Muestra de suelo del permafrost con la cianobacteria siberinana datada entre 400-600.000 años en Kolyma Lowlands, Siberia

En este video (13 min. inglés) con Raquel Sussman, inspiradora de este post, podréis ampliar con mas ejemplos otras extraordinarias criaturas y también acceder al fabuloso libro Los organismos vivos mas viejos del planeta una buena opción para regalar estas Navidades.

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portada del libro

Feliz Navidad y lo mejor para el 2016!.

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Internet de las cosas

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Cubierta del Newsletter of the Center for the Build Environment UC Berkelely ·CBE·

El como la Naturaleza inspira a la actual tecnología ha sido uno de los aspectos cubiertos desde este blog desde sus orígenes. La hiperconectividad hoy día esta siendo clave para numerosísimos aspectos de la vida. No solo están conectados nuestros móviles y ordenadores o tabletas, también los semáforos, los coches, los sistemas de transporte público, el alumbrado, la gestión de la basura urbana, el tráfico aéreo, edificios, lavadoras … Miles de millones de maquinas trabajaban independientemente hasta hace bien poco, pero ahora con los nuevos procesos integrados, las maquinas hablan entre si alcanzando un elevado grado de eficiencia.  Esto no es nuevo pero si en cambio el acceso a sensores baratos que junto con la tecnología de red inalámbrica y la aparición de potentes plataformas de la computación en nuble “cloud computing”, han abierto una serie de nuevas aplicaciones para los objetos inteligentes conectados. Hablamos del fenómeno conocido como el internet de las cosas término empleado para explicar la creciente red digital de las maquinas, ya no solo de ser mas eficaces sino de algo mayor. Las respuestas además de ser inmediatas son las mas apropiadas siendo el problema abordado desde una perspectiva sistémica. No es acaso así como funcionan los seres vivos?: manejando mucha información de modo constante a tiempo real y teniendo en cuenta a un entorno mayor?. La biosfera entendida como el conjunto de los ecosistemas, resulta ser una gigante red de redes que confían información y materiales entre cada uno de los organismos que los conforman. Todo se conecta a todo, dentro de un sistema de respuestas. Cuando algo ocurre en un determinado ecosistema, alguno de sus componentes repara tal alteración o proceso, recuperándose de nuevo el equilibrio de la totalidad. La biomimesis en su mas alta consideración es un intento de conectar todos los componentes de la tecnosfera dentro de la analogía de la biosfera.

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imagen de los servicios de la hiperconectividad de la empresa libelium

 Las ciudades por tanto están evolucionando hacia organismos. Mediante la recopilación de más datos sobre sus operaciones, las ciudades y las empresas tienen la posibilidad de utilizar los recursos de manera más eficiente. Un ejemplo muy claro es la construcción en el uso de energía. Microsoft ha instalado una red de sensores en su Redmond, Wash, Campus como parte de una iniciativa de eficiencia y ahora tiene 500 millones de transacciones de datos diarias para localizar problemas en los equipos y optimizar el uso de energía. A medida que más dispositivos se conectan – pensar en la iluminación, la seguridad del edificio, termostatos, sensores de luz natural, medidores, monitores de calidad de aire, etc – los administradores de instalaciones ahora tienen acceso a grandes cantidades de datos y un nuevo nivel de control. Se estima que para el 2020 el impacto económico de la hiperconectividad entre maquinas (M2M) será fabuloso. Con este nuevo modelo de ciudad todo cambia y evoluciona y sino mirar este divertido video (12 minutos) sobre como Ámsterdam en Holanda la movilidad sostenible se está implementando. España tiene que aprender y el resto del mundo también, pues hoy ya es posible y necesario. La calidad del aire de nuestros pulmones lo necesita. Siemens avanza sobre el Green City Índex.

Pero en el control ambiental monitorizado los sensores conectados también van a ayudar a medir las emisiones de las fábricas, detección de incendios forestales y en la agricultura. En Irlanda, IBM está diseñando un sistema para reducir la cantidad de agua perdida por fugas.  Actualmente, una tercera parte del agua potable se pierde durante el reparto en Dublín. Mediante el análisis de los datos del sensor de presión, IBM espera llegar a recomendaciones sobre dónde instalar válvulas para reducir las fugas y el horario de bombeo para ahorrar dinero en energía. En España donde la agricultura consume el 70% del agua, estas herramientas tienen que ser de uso obligado. Debido a que el fundamento básico del internet de las cosas – sensores, redes, equipos, análisis de datos – es tan amplia, la búsqueda de los mejores usos es todavía un trabajo en progreso y mucho depende de la industria. Pero al igual que la primera vez que surgió Internet, se espera que el comercio se sitúe entre las primeras aplicaciones. Se prevé que el monitoreo remoto en la salud crecerá un 10% anual hacia 12 mil millones de dólares en 2018 y en el comercio minorista un crecimiento del 7% anual hasta los 223 mil millones dólares en 2018. Simplemente colosal. Esta charla (25 min) de Conservation International explica los increíbles avances en este sentido.

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hiperconexión fúngica en un bosque y su análogo en la hiperconectividad en la ciudad

Esto que nos fascina hoy con expectativas gigantes, la Naturaleza lo lleva haciendo y mejorando desde hace millones de años. Un ejemplo claro y fascinante, muy comentado desde aquí, es el funcionamiento de los micelios fúngicos que todo lo conectan en la red de redes mayor del planeta convirtiéndolo en el organismo mas grande que conocemos. Estos  tres minivideos os ayudarán a entenderlo un poco mas.

 

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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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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.

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 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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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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