Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Biomimetismo

El 2 de enero de 1948 moría en su casa de Cartagena, Chile, frente al mar, Vicente García-Huidobro Fernández, con el epitafio que él mismo escribió: Abrid esta tumba: al fondo se ve el mar. Vicente Huidobro, nombre con el que era usualmente conocido, fue un gran escritor vanguardista, fundador de su propio movimiento poético y defensor entusiasta de la experimentación artística. En su poema Manifiesto tal vez afirmaba: el poeta no imitará más a la naturaleza, pues no se da el derecho de plagiar a Dios.

El punto de vista de muchos científicos y tecnólogos es más matizado. Sin pretender jugar a ser dioses, a partir de las maravillas que ofrece la naturaleza, muchos de sus hallazgos e invenciones se inspiran, intencionadamente o no, en la misma. Para corroborarlo hoy repasaremos algunos ejemplos de biomimetismo, con el denominador común de la reciente comprobación en ellos del papel inspirador de la naturaleza.

CAMALEONES. Los camaleones son ciertos lagartos, capaces de cambiar de color cuando se sienten amenazados o en respuesta a cambios de temperatura, luz, color y otras alteraciones ambientales. El cambio se produce por la acción de hormonas que afectan a ciertas células pigmentarias de esos animales. Otros muchos animales presentan comportamientos parecidos.

Pues bien, el primer ejemplo de hoy, el más antiguo, corresponde a unos científicos japoneses de la compañía Fuji Xerox con el desarrollo de un polímero que consigue imitar ese comportamiento, variando sus colores y transparencia, dependiendo del ambiente, en lugar de depender de los hasta ahora usados campos eléctricos. Ello le confiere a estos polímeros un potencial considerable para el desarrollo de pantallas y sensores. Imitando la naturaleza los científicos desarrollaron diminutas bolsas contráctiles del pigmento conocido como NIPAM. Sus largas moléculas, como cadenas, pueden entrecruzarse, produciendo una estructura gelatinosa, cuyo volumen se puede controlar, entre otros factores, por la temperatura. Las partículas del gel se pueden dispersar en disolventes, colocar entre láminas de vidrio, etcétera. Por otra parte, variando la naturaleza química de las moléculas formadoras del gel, el abanico de posibilidades se abre mucho más.

Otro ejemplo lo proporcionan otros animales estrechamente relacionados con los lagartos como son el gecko y la salamandra. Todos somos testigos de la tremenda capacidad adhesiva de sus extremidades que les hacen escalar por paredes verticales y caminar por los techos con facilidad. Científicos de la Universidad de California, hace pocos años, consiguieron descubrir el secreto de la adhesividad animal confirmando que se debía a unas diminutas fuerzas intermoleculares, las llamadas fuerzas de van der Waals, que se producen en miles de millones de estructuras semejantes a pequeñas raicillas o pelillos existentes en los dedos de sus extremidades. A partir de ahí, otros científicos, de la Universidad de Manchester, dirigidos por el profesor Andre Geim, han fabricado una especie de minúsculos soportes o pelillos de plástico de un tamaño inferior a las milésimas de milímetro, que han fijado sobre una base flexible produciendo una pequeña pieza de una cinta adhesiva. Con ella consiguen que una infinidad de los pelillos sean capaces de ponerse en contacto con una superficie, enlazarse con ella mediante las fuerzas de van der Waals y lograr una fuerte adhesión. De este modo, un trocito de esta cinta adhesiva de tan sólo un par de centímetros cuadrados, puede desarrollar la misma fuerza adhesiva que una salamandra completa. En muy poco tiempo es de esperar que estas cintas adhesivas estén presentes en multitud de productos.

TERMITAS. Si existen unos arquitectos asombrosos, éstos son las termitas. Su capacidad de demolición es bien conocida, siendo capaces de vaciar el contenido de un mueble sin que se derrumbe su estructura exterior. En cuanto a sus propios complejos residenciales, los termiteros, son muy complejos y variados, formando a veces enormes estructuras en forma de montículos de más de 6 m de altura. Las paredes son muy duras, adhiriendo las partículas de tierra entre sí con saliva, y cociéndolas al sol. Sus interiores presentan numerosas cámaras y galerías, interconectadas por complejas redes de túneles. No se privan de la adecuada ventilación y del drenaje, mientras que la fermentación de materia orgánica, almacenada en las cámaras, que sirven de guarderías. proporciona el calor necesario para incubar los huevos situados en tales cámaras. Como el fisiólogo americano Scott Turner explica Lo importante de estas estructuras de las termitas es que en sí mismas son como órganos fisiológicos. Efectivamente, es como si los termiteros respirasen ya que las colonias están perfectamente ventiladas, con el balance adecuado de oxígeno, dióxido de carbono y humedad.

Por ello no es de extrañar que se haya formado un grupo internacional de investigadores con la misión de desarrollar en África, durante tres años, una intensa investigación que permitan develar los secretos últimos de las termitas como expertos arquitectos demoledores y constructores a fin de aplicar arquitectónicamente las enseñanzas obtenidas.

El biomimetismo es un hecho generalizado y los medios científicos y tecnológicos actuales permiten analizar mejor como opera la naturaleza. Muy recientemente la empresa europea Sto comenzó la comercialización en Estados Unidos de un nuevo tipo de pinturas exteriores, la Lotusan, repelente del agua. A los manufacturadores se les ocurrió la idea cuando observaron que algunas hojas de plantas, como la del loto, repelían el agua, gracias a una fina capa superficial de cera. Investigaron el fenómeno a escala submicroscópica y, poco después, los científicos de la empresa fueron capaces de reproducir el mismo fenómeno en sus pinturas.

SCIENCE. Buena parte del contenido de uno de los últimos números de la renombrada revista científica Science se ha dedicado a recientes consecuciones tecnológicas cuya contrapartida en la naturaleza eran desconocidas hasta ahora. Uno de ellos es la emisión óptica sintética, como los LED (light-emiting diodes) o diodos emisores de luz de alta emisión.

Nereo, en la mitología griega, era el bello dios del mar y se casó con Doris, hija del titán Océano, con quien tuvo cincuenta hijas hermosas, las ninfas del mar, llamadas nereidas. Pues bien, dentro del orden Lepidoptera y familia de los Papiliónidos, género Papilio, se encuentra una bella mariposa del grupo Príncipe Nereo y dos científicos de la universidad británica de Exeter han elaborado un sistema mejorado de emisión óptica basado en las propiedades de las escamas de las alas de estas mariposas. Tales escamas poseen un cristal fotónico pigmentado que es capaz de proporcionar una intensa fluorescencia directa controlada direccionalmente. Los LED actuales de ultra alta eficacia tienen un comportamiento parecido y podrán ser mejorados como consecuencia de las investigaciones realizadas sobre las alas de la mariposa.

En otra extensa revisión, en la misma revista, los investigadores Lee y Szema, revisan los sistemas fotónicos más desarrollados existentes y en preparación, analizando los sistemas biológicos que biomimetizan. En otro orden de cosas, otra revisión se refiere a los nuevos e interesantes materiales, sobre todo los complejos compuestos sintéticos que biomimetizan a los sistemas rígidos biológicos, tales como los nacarados caparazones de los moluscos o las espículas de las esponjas. Otra fuente de inspiración de la naturaleza es la que se refiere al estudio y conocimiento de las interfases e interacciones que se dan entre las superficies de las células ya que partiendo de ellos se espera que se desarrollen aplicaciones importantes relacionadss con los implantes médicos o con el desarrollo de materiales que sirvan de soporte para la regeneración de los tejidos dañados.

La naturaleza sigue mostrándose sorprendente y maravillosa. De su mejor y más profundo conocimiento sólo se pueden derivar beneficios para los humanos.