El mundo de los ingenieros se parece poco al mundo natural. Los artefactos humanos son bastante diferentes a los organismos vivos, que han encontrado en muchos casos soluciones distintas para los mismos problemas.

El zoólogo Steven Vogel ha escrito un libro muy interesante (“Ancas y palancas”) sobre estas diferencias. Las razones de ellas son múltiples: la distinta disponibilidad de materiales, el carácter evolutivo y azaroso de las conquistas “tecnológicas” de los organismos, el hecho de que la naturaleza construye desde lo pequeño a lo grande, la exigencia de que los organismos deben permanecer vivos durante todas las etapas de su “fabricación”, la preferencia por parte de la tecnología humana de usar piezas similares para construir sus estructuras, por razones de comodidad, etc…

Las principales diferencias que enumera Vogel entre las dos tecnologías son las siguientes: la naturaleza usa menos superficies planas y más superficies curvas que nosotros, que preferimos además los ángulos rectos, que aparecen poco en la naturaleza; nosotros buscamos ante todo la rigidez en nuestras estructuras, pero la naturaleza prefiere la resistencia y la flexibilidad (sus materiales se curvan, se retuercen o se estiran ante los esfuerzos); la tecnología humana usa ampliamente las estructuras metálicas, que no se encuentran en los organismos, que en cambio usan materiales esponjosos y compuestos para evitar la formación de fisuras; nosotros solemos cargar nuestros materiales en compresión, mientras que la naturaleza prefiere las cargas en tensión (por ejemplo aparecen estructuras que se sostienen por medio de tirantes (tendones y músculos) y barras (huesos)). También en la naturaleza son corrientes las estructuras con revestimientos exteriores en tensión y un fluido a presión en el interior, que es normalmente agua: en nuestros dispositivos solemos usar gases (caso de los globos).

Nosotros usamos muchas ruedas y ejes, mientras que el único dispositivo rotatorio de la naturaleza es el flagelo bacteriano. Nuestros motores se basan en la rotación o la expansión, mientras que los motores naturales se basan en el deslizamiento o la contracción (muscular, por ejemplo). Usamos diferencias de temperatura para hacer funcionar nuestros motores, pero en los de la naturaleza todas sus partes operan a la misma temperatura. En la tecnología humana, las palancas amplían la fuerza a expensas de la distancia, mientras que las palancas de los animales suelen ampliar la distancia a expensas de la fuerza. Nosotros preferimos los barcos, pero en la naturaleza abundan mucho más los submarinos (los animales normalmente prefieren bucear a nadar). La naturaleza almacena la energía sobre todo en forma elástica. Nosotros buscamos crear objetos cuyo mantenimiento sea mínimo, pero todos los dispositivos de la naturaleza están reconstruyéndose continuamente.

No hay animales que tengan caparazones, dientes, garras o nervios metálicos (con estos últimos su velocidad de reacción sería espectacular), a pesar de que átomos metálicos sí forman parte de moléculas orgánicas (como el hierro en la hemoglobina). Hay bastantes razones que dificultan en el ambiente terrestre el uso de metales (relativa escasez, dificultad para aislarlos químicamente, densidad excesiva, etc.) pero ninguna parece definitiva. En otros planetas con químicas distintas es probable que los animales usen profusamente los metales.

En los animales voladores, las alas son flexibles y adoptan una forma particular y muy compleja en función del flujo de aire que pasa en cada momento por encima y por debajo de ellas. Esto aclara por ejemplo el viejo “axioma” de la ingeniería aeronáutica de que las abejas “no podían” volar, porque sus alas eran muy pequeñas en relación a su peso. Es claro que las abejas vuelan, y lo consiguen doblando de forma especial las alas para crear la sustentación necesaria.

La mayoría de nuestras palancas usan un brazo largo para poder aplicar una fuerza grande, amplían la fuerza a expensas de la distancia; pero el recorrido de contracción de los músculos es pequeño y ejercen grandes fuerzas sobre pequeñas distancias. Los músculos son especialistas en fuerza y los cuerpos de los animales los compensan con palancas internas de amplificación de distancia (tendones y huesos).

Unos dispositivos que suelen ser muy diferentes en las tecnologías humana y natural son las bombas. Hay básicamente dos clases: una bomba puede producir una gran presión, pero mover una cantidad de fluido pequeña, mientras que otra trabaja a baja presión, moviendo una gran cantidad de fluido. En la naturaleza aparecen ambos tipos de bombas, usando principios físicos muy distintos y trabajando en un rango muy amplio de presiones y flujos. Hay bombas impelentes (se reduce el volumen de una cámara para que el fluido salga por presión) y dinámicas (el fluido es movido por piezas móviles). Las bombas que aspiran el agua desde las hojas a las raíces resisten una altísima presión. En los animales aparecen varias bombas impelentes, que actúan a altas presiones (corazón, cámara con válvulas) o medias (contracciones del intestino; cámaras sin válvula, como las medusas, que se impulsan por chorros; pulmones). Las bombas dinámicas de la naturaleza no son rotatorias (como la mayoría de las humanas) y funcionan a presiones bajas o muy bajas (paletas de crustáceos excavadores, capa ciliar de las branquias de bivalvos, capa de flagelos móviles de las esponjas, etc.). Muchos animales se mueven por medio de bombas impelentes por propulsión a chorro (los calamares expulsando agua hacia atrás, las vieiras abriendo y cerrando sus valvas), pero por las limitaciones de sus diseños, no pueden moverse al mismo tiempo rápido y lejos. Sólo existen animales de propulsión a chorro en el agua. En el aire, un animal con forma de globo que se desplazara emitiendo chorros de gas hacia atrás es, en las condiciones de este planeta, prácticamente imposible,

El hombre prefiere mover sus mercancías por medio de grandes barcos y hace sólo un uso militar o científico de los sumergibles. En la naturaleza suele ocurrir lo contrario: abundan mucho más los animales que se desplazan dentro del agua que los que nadan en la superficie. Ello se debe en parte a una razón de eficiencia mecánica. Todo objeto que se desplace por la superficie de un líquido genera un montículo en su parte delantera que crea una resistencia al avance. Esta resistencia es proporcionalmente mucho menor para un objeto grande que para uno pequeño. Para un gran barco es casi insignificante, pero para un patito supone un importante obstáculo para el avance. Los animales acuáticos, que normalmente son pequeños o medianos, encuentran mucho más fácil bucear que nadar (en términos de gasto de energía).

Los ingenieros han encontrado soluciones mejores que los organismos para muchos problemas, pero creo que la mayoría de nosotros aún no autorizaríamos a los ingenieros a crear una especie de “naturaleza artificial”.

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...por Antonio Jiménez