60 inventos que nos cambiaron la vida. Emmanuelle Pouydebat
navegación, regula su velocidad y utiliza sus sensores de flujo ópticos inspirados en la visión de las abejas, que utilizan el desfile del paisaje para desplazarse y no la dirección de la gravedad, como lo permite un acelerómetro. Precisamente, desplazarse a pesar de los obstáculos sin acelerómetro abre diversas perspectivas más allá de BeeRotor, en particular en la robótica miniaturizada. Los acelerómetros son pesados y no muy convenientes para los pequeños robots muy útiles para la inspección de pequeños espacios, como las tuberías e incluso en el marco de misiones espaciales que necesitan transportar dispositivos livianos y para los cuales los sensores de flujo óptico podrían ser muy apropiados. (5)
Las toxinas de pulgas y el robot saltarín
Las pulgas (Siphonaptera)… Estos pequeños insectos miden entre 1 y 8 mm de largo y son muy conocidos por sus piezas bucales conformadas en un aparato perforador-chupador. Estos animales, de los que hay casi 2500 especies, son largos y están particularmente adaptados al salto, sobre todo gracias a una estructura quitinosa flexible y resistente, en la que se fijan poderosos músculos. Además, entre sus patas traseras y su tórax hay una masa de resilina, una proteína elástica que actúa como un vigoroso resorte y, al parecer, es más eficaz que el polibutadieno, uno de los mejores cauchos sintéticos del mundo. De este modo, se transmiten fuerzas muy importantes en el suelo. (6) ¿Resultado? Estas adaptaciones les permiten a algunas pulgas saltar hasta 34 cm de altura, es decir, 340 veces su propio tamaño, con una aceleración de 140 g, ¡cuando un piloto de caza soporta difícilmente más de 6 g! Y hay más: ¡la pulga de la rata (Xenopsylla cheopis) puede ser propulsada incluso hasta 450 km/h! (7) Si se trasladan estos datos a la escala humana, la pulga saltaría dos torres Eiffel apiladas. La proeza no termina aquí, porque cuando se salta tan alto, hay que saber aterrizar. Es fácil para las pulgas que, por suerte, poseen pequeños airbags o “sacos aéreos” en las patas, que se inflan como globos. Una vez que la pista de aterrizaje está en la línea de mira, las pulgas reducen la velocidad y usan sus pelos como sensores, para informarse de todo desplazamiento de aire y, por lo tanto, sobre la posición de su presa. Calculan así con precisión la trayectoria de su salto.
Por supuesto, estas proezas no podían dejar indiferente al mundo y han inspirado un invento magnífico: un robot saltarín telecomandado, el Sand Flea o “pulga de playa”. Este pequeño robot de 5 kg como máximo y dotado de un actuador a pistón lleva a cabo misiones de reconocimiento realizando no menos de 25 saltos seguidos sin impulso. Lo hace sin necesidad de ser recargado, y con una altura y una inclinación regulables a distancia. Lleva una cámara, estabilizada gracias a un giróscopo, que capta imágenes claras en pleno salto, que son retransmitidas una vez que el robot se encuentra sobre el techo, del otro lado de una pared o de un edificio. Una bioinspiración adicional: la pulga de la playa es resistente al agua, a la arena, a la sal e incluso al aceite. También soporta una gran amplitud de temperatura (de -15 °C a +45 °C). Imaginemos las aplicaciones concretas de este invento, de este pequeño espía, tanto en el terreno de la defensa militar, como en las intervenciones de riesgo en lugares que se vuelven peligrosos después de un terremoto o un tsunami, o en un medio contaminado como consecuencia de una catástrofe nuclear o incluso una zona de riesgo en el marco de un atentado, por ejemplo. Este pequeño robot también podría emplearse para explorar otros planetas. Por último, las propiedades de la resilina no han revelado aún todos sus secretos: podría tener incluso aplicaciones en el cuerpo médico, en particular para la reeducación de pacientes tetrapléjicos y otros discapacitados motrices. Una fuente de inspiración y de aplicaciones inagotables…
Caminar, manejar y navegar
Un pájaro carpintero al servicio de nuevos cascos antichoques
Para alimentarse y extraer gusanos de los troncos de los árboles y también para comunicarse, los carpinteros verdes (Picus viridis) golpean los troncos con sus picos y, por lo tanto, con sus cabezas, más de 12.000 veces por día. Su cabeza golpea a una velocidad de 6 a 7 m/s y, en el momento del impacto, su pico pasa en pocos microsegundos de 25 km/h a 0 km/h, con una colosal desaceleración (1000 g, es decir, 1000 veces la fuerza de gravedad que se siente en la Tierra). ¿Cómo hacen esos pájaros para soportar tantos impactos? ¿Cómo no altera eso su cerebro?
Pues bien: al estudiar la evolución de las fuerzas de presión intracraneanas ejercidas después del impacto en el pico picapinos (Dendrocopos major), un pájaro parecido al carpintero verde, se observa que esas fuerzas se ejercen fundamentalmente en la base del pico. Al parecer, el impacto se propaga a lo largo del pico, en su parte inferior, y el choque se absorbe en la base del pico. Este fenómeno limita ya los impactos al nivel del cráneo. Además, los huesos del cráneo de los carpinteros verdes, frontales y posteriores, son particularmente esponjosos: una propiedad que les permite absorber las vibraciones. (8) Además de un hueso hioides adaptado, el pico superior del pico picapinos es más corto que su pico inferior, una diferencia que limitaría las presiones mecánicas sufridas en el momento del impacto: el pico inferior toca primero y lleva al pico superior a deformarse hacia arriba. De este modo, la energía del impacto se absorbe mejor. El pico permite así resistencia, reparto de las presiones, flexibilidad y también rigidez. Estas particularidades podrían inspirar sin duda a los creadores para fabricar cascos resistentes a los choques y eficaces para prevenir los traumatismos craneales de ciclistas, motociclistas, jugadores de fútbol americano, obreros de la construcción, etc. Uno de ellos creó una estructura sobre la base de cartón corrugado. Al agregarle una solución hidrófuga (y por lo tanto impermeable), ese casco bioinspirado parece ser bastante eficaz en términos de absorción de choques. Por último, es evidente que la concepción de cascos más eficaces para los motociclistas y otros apenas está en sus comienzos, si se considera la complejidad que representa la concepción del nivel excepcional de resistencia de estos pájaros.
Cómo el martín pescador mejoró el tren de alta velocidad japonés
¿Cómo circular a gran velocidad sin ruido gracias al pico del martín pescador (Alcedo atthis) y a las plumas del búho chico (Asio otus)? El Shinkansen (literalmente “nueva línea interurbana”) es el tren de alta velocidad de Japón, pionero de la alta velocidad ferroviaria en la década de 1960, y puede alcanzar los 320 km/h. Ahora, la prioridad de las compañías ferroviarias es lograr la reducción del ruido y el aumento de la velocidad, que podría llegar a los 350 km/h en algunos trenes. El problema es que esos dos objetivos parecen incompatibles: cuanto más rápido corre un tren, más ruido hace. Además, el Shinkansen, que ya superó hace tiempo las normas acústicas, pasa por muchas ciudades japonesas y por muchos túneles muy estrechos: al atravesarlos se producen ondas de choque, enormes explosiones sonoras y una compresión del aire que disminuye, a veces, la velocidad. La sucesión de túneles provoca molestias en los oídos de los viajeros, por una parte, y, por la otra, en los lugareños, que perciben una fuerte detonación cada vez que sale un tren.
De modo que el desafío es muy grande. Afortunadamente, se pudo contar con la naturaleza y sus tesoros, y con un ingeniero ferroviario amante de los pájaros. Eiji Nakatsu se preguntó por qué ese tren de alta velocidad hacía tanto ruido al pasar por los túneles, cuando un martín pescador podía mantener una alta velocidad de picada para hundirse luego a un metro de profundidad en el agua y capturar peces sin producir la menor salpicadura. Para este ingeniero-ornitólogo, tanto el tren como el pájaro sufren una resistencia repentina e importante relativamente cercana, aunque con una evidente diferencia de tamaño: el martín pescador atraviesa la superficie del agua sin daños colaterales por su pico largo y afilado, que le permite pasar fácilmente del aire al agua, más resistente, a pesar de un significativo cambio de presión. Gracias al martín pescador, se pudo resolver una complicación importante: el cambio de presión que experimenta un Shinkansen. Se recalculó y se modificó entonces el diseño del TGV japonés inspirándose en el pico del martín pescador: ¡la nariz del tren imita la forma de la cabeza y del pico del pájaro! Resultado: el Shinkansen es más aerodinámico, necesita 15 % menos de consumo eléctrico y se desplaza 10 % más rápido que antes.
Ahora, cuando un tren de alta velocidad sale de un túnel, ya no hay explosiones, y tanto las vibraciones, como el ruido son mucho menos molestos para los pasajeros.