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Proyectos de investigación basados en mecanismos desarrollados por la Naturaleza

Creada09-04-2018
Modificada09-04-2018
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Reseña del Documental Inspirado por la Naturaleza de la serie La Ciencia del Futuro con Stephen Hawking

Inspirado por la Naturaleza

La tecnología lleva siglos creando máquinas y mecanismos que nos permiten realizar tareas en las que la fuerza y la habilidad humana no es suficiente.

Esto plantea muchos retos que los ingenieros intentan superar con más o menos ingenio.

Pero la Naturaleza lleva cientos de millones de años haciendo lo mismo, y ha creado muchos sistemas que a los ingenieros humanos jamás se les hubiera ocurrido.

Podemos estudiar la Naturaleza, descubrir esos sorprendentes sistemas e imitarlos para conseguir diseños e ideas que permitan mejorar los productos de la tecnología.

Burro de Carga

La ingeniería ha creado vehículos para transportar cargas y objetos de un sitio a otro. Pero a menudo tienen que circular por lugares agrestes, sin caminos y de muy difícil acceso.

Los animales son capaces de circular por esos lugares, y un equipo de ingenieros de Boston Dynamics está trabajando en construir un medio de transporte de cargas que, al igual que un animal cuadrúpedo, puedan adentrarse en esos terrenos.

Burro de Carga de Boston DynamicsEl modelo LS3 es un robot de carga, con cuatro extremidades similares a las patas de un caballo, dotado de sensores de equilibrio y reconocimiento óptico del terreno, capaz de adentrarse en los terrenos más agrestes llevando una carga de 180 Kg.

El ordenador de a bordo evalúa mil veces por segundo la fuerza y el movimiento que debe ejecutar cada pata para adaptarse al terreno.

Incluso en el caso de resbalar, perder pie o sufrir un empujón, el robot es capaz de recuperar el equilibrio y seguir la marcha.

Obedece órdenes vocales y se le puede ordenar que nos siga, lo que hará a la distancia que le indiquemos.

Otros robots en los que está trabajando Boston Dynamic es una versión bípeda que en el futuro podría realizar tareas peligrosas en zonas de desastre para recuperar heridos o acceder a lugares peligrosos, por incendios, gases tóxicos o radiación.

Piel de Gecko

La Naturaleza ha creado estructuras con cualidades sorprendentes que pueden ayudar en determinadas tareas.

La piel de los dedos y las palmas de los geckos les permite adherirse a las superficies más lisas y soportar su propio peso. Pueden desplazarse incluso por un techo de cristal.

Y eso lo hacen sin ningún tipo de pegamento.

La superficie de sus dedos está cubierta por miles de fibras de estructura bellosa. Y la punta de cada una de esas fibras está cubierta de pequeñas escamas que se adhieren a cualquier superficie. Para separarse de la superficie, el gecko levanta las puntas de los dedos y los enrolla hacia atrás, pudiendo realizar esta acción unas 15 veces por segundo.

Por desgracia no se explica lo bastante bien el mecanismo físico que provoca esa adherencia. Permitidme que lo haga yo.

En cualquier objeto sólido los átomos están unidos entre sí por fuerzas electromagnéticas. En la superficie del sólido esa fuerza se dirige hacia el interior del sólido, pero también hacia el exterior. Es decir, que la superficie de cualquier sólido tiene una cierta adherencia, muy débil pero mensurable.

Adherencia Superficial de Superficies FractalesLa adherencia de cualquier superficie lisa es muy débil, pero es ligeramente más fuerte en las aristas, y aún más en los vértices.
Si cogemos una superficie y la partimos en cuatro, entre ellas tendrán la misma adherencia superficial, pero tendrán el doble de longitud de aristas y cuatro veces más vértices, con lo que su adherencia total será ligeramente mayor.
Si volvemos a dividirla en 16, 64, 256, ... y así sucesivamente, estaremos duplicando cada vez la longitud de las aristas y cuadruplicando la cantidad de esquinas, aumentando la adherencia electromagnética total de la misma superficie.
Una superficie de 1 cm² dividido de esta forma 10 veces, tendría más de 40 m de aristas y 4 Millones de esquinas.
Mediante nanotecnología podemos crear una superficie aparentemente lisa pero que a nivel microscópico esté dividida en millones de cuadrados, cada uno con sus cuatro vértices y esquinas, generando una atracción electromagnética total muy superior a la de la misma superficie con sólo cuatro aristas y vértices.

Basándose en esta estructura, se ha creado una cinta de GeckSkin (Piel de Gecko) que, una vez adherida a una superficie, puede sostener el peso de más de cien Kg.

Y una vez usada, la lámina de GeckSkin puede ser separada con facilidad simplemente tirando hacia arriba desde una esquina.

Astronautas Submarinos

La Tierra está expuesta al peligro de los asteroides. La NASA tiene localizados a miles de asteroides potencialmente peligrosos. De momento ninguno de ellos va a chocar con la Tierra, pero tarde o temprano descubrirán uno que sí.

Entre las varias posibles alternativas de actuación, una de ellas consiste, si lo descubrimos con tiempo suficiente, en posarse sobre el asteroide con una nave, atar el asteroide a la nave y empujarlo con los motores de forma controlada para desviar su trayectoria y que pase lejos de la Tierra.

Algunos astronautas reciben entrenamiento para ello. Y para emular las condiciones de ingravidez del espacio, lo hacen bajo el agua.

Más de 45 astronautas han recibido este entrenamiento y se espera que la NASA intente interceptar los primeros asteroides en el 2.025.

Hawking se muestra bastante pesimista al afirmar que si no colonizamos el Espacio la Humanidad podría ser destruida por nosotros mismos o por cualquier catástrofe cósmica en los próximos mil años.

Yo no veo motivo para ser tan pesimista. Teniendo en cuenta que la última catástrofe capaz de casi extinguir a la Humanidad fue hace 74.000 años, (La Extinción del Pleistoceno), y otras catástrofes menores han sido más locales que globales, la probabilidad de extinción por causas naturales (supervolcanes o asteroides) la considero bastante baja.

Pero como SÍ creo que es mucho más probable una catástrofe causada por nosotros mismos (guerras atómicas o bacteriológicas), sí que secundo su propuesta de expandir la población de la Tierra hacia el espacio, pero no, como él propone, para colonizar otros planetas sino para construir Ciudades en el Espacio.

Diagnóstico Molecular

Cada día se descubren nuevos virus y bacterias. La mayoría existen desde hace millones de años y nuestros organismos han aprendido a combatirlos. Pero tal vez algún día surja un nuevo virus letal contra el que no estemos inmunizados.

Los biólogos están estudiando la posibilidad de utilizar las mismas armas de los virus para crear una cura que se pueda contagiar entre la población.

Pero antes hay que localizar el patógeno.

Para ello, en la Universidad de Birmingham se ha utilizado un virus inofensivo y, mediante ingeniería molecular, se le ha añadido un fragmento genético que es capaz de reconocer a un patógeno específico. Cuando lo encuentra, el virus se enrolla alrededor de patógeno.

En pocos segundos la muestra biológica puede ser examinada para comprobar si los virus buscadores siguen en estado natural o se han enrollado, lo que indicaría que se ha localizado el patógeno.

El siguiente paso es diseñar y construir variedades del virus localizador para distintos tipos de patógenos. Cuando se consiga podremos identificar cualquiera de cientos de enfermedades en cuestión de segundos, en vez de necesitar varios días para ello.

Electricidad sin Cables

A principios del siglo XX, el ingeniero e inventor Nikola Tesla había conseguido implantar el uso de la Corriente Alterna para proveer de electricidad a millones de hogares a larga distancia.

También diseñó un sistema por el cual pretendía transmitir electricidad por el aire, sin necesidad de usar cables.

Sus proyectos no llegaron a hacerse realidad, pero la empresa WiTricity ha tomado el relevo y ha fabricado un generador que convierte la electricidad en un campo magnético alterno. Cualquier dispositivo eléctrico que disponga de unas bobinas de inducción convertirá esos campos magnéticos en electricidad, pudiendo funcionar sin cables.

WiTricity ha desarrollado baterías de móviles y pilas normales, AA, que pueden recargarse en el momento en que los dejemos, sin necesidad de enchufarlos, junto a una fuente de alimentación.

Incluso las baterías de los coches eléctricos pueden recargarse por medios inalámbricos desde generadores magnéticos situados bajo el asfalto, tanto en los aparcamientos como durante la misma circulación.

Otros Documentales de Stephen Hawking

Ver Ficha de Inspirado por la Naturaleza de la serie La Ciencia del Futuro con Stephen Hawking

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