Autor: Rocío Ariza

La naturaleza es una fuente de inspiración inagotable en la ciencia de materiales, y muestra de ello son todas las ideas que se han desarrollado a partir de ésta. Si ya la naturaleza ha creado algo que sabemos que funciona perfectamente, ¿por qué no tomarlo prestado?. Para conseguir esto no vale solo con buscar un problema y ver cómo se ha solucionado, si lo queremos imitar requiere de un riguroso estudio de su estructura y composición.

Es interesante ver cómo construyen diferentes estructuras la naturaleza y la ingeniería. Ésta última utiliza una gama de materiales mucho más diversa que la naturaleza, que tiende a utilizar elementos más ligeros. Si ya nos fijamos en la composición de algunas estructuras naturales probablemente nos encontremos con materiales poliméricos o materiales compuestos de polímero y cerámica. Quizá estos materiales no sean la primera opción que eligiese un ingeniero para crear una gran estructura que requiera una alta resistencia pero ¡la naturaleza lo hace!

Otra de las diferencias es la forma de crear el material en si. La ingeniería trabajará a partir de disoluciones, material fundido o en forma de polvo que permitirá crear diseños exactos pero, ¿y si lo que buscamos es la imperfección? La naturaleza crea sus componentes por fenómenos de self-assembly controlados por los parámetros biológicos. De esta manera se consiguen diseños más flexibles, lo que permite que se adecue a las condiciones exactas que requiere el entorno. Pero espera, eso del self-assembly ¿qué es? Es el proceso por el cual un sistema de unidades pequeñas desordenadas forman estructuras ordenadas, idealmente sin ayudas externas y espontáneamente. Esto ocurre ya que el sistema tiende a minimizar su energía, puesto que tener unidades pequeñas moviéndose por ahí no es muy estable, así que se unen formando estructuras y así alcanzar un estado mucho más estable. El entorno biológico es quien controla este tipo de crecimiento y lo que hace que finalmente se creen unas estructuras u otras.

Este tipo de crecimiento hace que la forma y la microestructura del material resultante estén relacionados, ya que se crean a la vez, optimizando su rendimiento. Un ejemplo sencillo de comprender es cómo los árboles son capaces de crear sus ramas de diferente manera según la zona donde le azote el aire. La genética, que en este caso haría el papel de la “receta” que se debe seguir, es la misma para todas las ramas. En cambio a la hora de crear sus ramas es capaz de adaptarse y modificar su forma.

La ingeniería, al contrario, primero crea el diseño de una estructura y posteriormente aplica un material que esté a la altura del trabajo que se le pide. Vista la aplastante superioridad que a veces muestra la naturaleza la ingeniera se ha puesto las pilas y está aprendiendo a construir  de la misma manera.  Es así como se consiguen materiales tan sorprendentes como los materiales autorreparables de los que hablamos hace poco, o autolimpiables, utilizando materiales superhidrófobos basados en la flor de loto (Figura 1). También es frecuente copiar la estructura y llevarla a la macroescala, como en el caso del diseño de la Torre Eiffel cuyo diseño se basa en el fémur. Algunos ejemplos muy interesantes vienen explidos aquí.

Es así como la naturaleza da una gran lección a la ingeniera y supone una referencia a tener en cuenta, tanto en diseño, en cómo aprovechar mejor la energía, forma de utilizar los materiales y la manera de crecer las estructuras. Sin duda, esta es una de las ramas que seguirá aportando grandes ideas a la ciencia de materiales.

Referencias:

  • Fratzl, P. (2007). Biomimetic materials research: what can we really learn from nature’s structural materials?. Journal of the Royal Society Interface, 4(15), 637-642.