Revista de Divulgación Científico-Tecnológica del Gobierno del Estado de Morelos

La naturaleza como inspiración: biomimetismo

El crecimiento exponencial de la población humana tiene como consecuencia la necesidad de satisfacer demandas como alimento, vestido, transporte, vivienda, medicamentos, principalmente. A lo largo de la historia, el ser humano ha realizado esfuerzos para hacer frente a estas necesidades. En este largo y lento camino de la humanidad, se han documentado grandes eventos históricos que han permitido avanzar en el ámbito tecnológico de manera notable, como ha ocurrido con la revolución industrial y la revolución verde. Cada uno de estos movimientos implicó “pros” y “contras”, y cuando la balanza se inclinó hacia el lado de los “contras”, fue necesario llevar a cabo una revisión de los procesos. Por ejemplo, con mayor frecuencia se están buscando nuevas alternativas que sean “amigables con la naturaleza”, de tal manera que ahora todos estamos familiarizados con términos como biodegradable, ecológico, orgánico, reciclable, entre otros.
Si se analiza en detalle, desde el principio de la humanidad, la naturaleza siempre ha tenido un papel importante como la fuente “inagotable” de recursos, ya sea recolectando frutos o semillas, cazando animales para obtener carne, o aprovechando los nutrimentos presentes en el suelo para el establecimiento de la agricultura. Sin embargo, desde hace pocos años, existe una nueva forma de pensar en la que se está mirando con otros ojos a la naturaleza.
Un nuevo reencuentro con la naturaleza, pero ahora no considerándola como la fuente “inagotable” de materias primas sino como la fuente interminable de inspiración para el descubrimiento de nuevas tecnologías; a esta corriente se le conoce como biomimetismo. Etimológicamente hablando, la palabra biomimetismo está compuesta de dos partes, bio y mimesis, ambas provenientes del griego, que significan vida e imitación, respectivamente. Janine Benyus, quien es una de las principales promotoras de la biomimesis a nivel mundial, define al biomimetismo como “una nueva ciencia que estudia los modelos de la naturaleza, trata de imitarlos y se inspira a partir de sus diseños y procesos para resolver problemas humanos”.
Aunque el concepto de biomimetismo es relativamente reciente, la inspiración y el diseño basados en la naturaleza han ocurrido con mucha frecuencia en la historia. Ejemplos de esto son los aviones, empezando desde los diseños de Da Vinci hasta el más moderno, son producto de la observación y el esfuerzo por imitar a las aves; así como, los antibióticos, que son resultado del estudio y aprovechamiento de la guerra química que ocurre de manera cotidiana en la naturaleza entre muchas especies Figura 1.
En el marco actual del biomimetismo, hay casos notables del aprovechamiento del conocimiento que se tiene de la naturaleza. Por ejemplo, a) edificios inspirados en los grandes montículos de termitas que permiten ahorrar en la energía requerida para la regulación de la temperatura, b) trenes cuyo frente es semejante a la forma que tienen ciertos picos de aves, lo que reduce notablemente la fricción con el aire, c) dispositivos de fotosíntesis artificial que permiten aprovechar la energía solar como lo hacen las plantas Figura 2, d) nuevos materiales con características adhesivas que imitan la piel de algunos reptiles, e) compuestos y materiales con aplicaciones biomédicas inspirados en la estructura de las alas de los insectos Figuara 3, f) pinturas y recubrimientos basadas en las superficies de ciertas plantas que confieren la capacidad de repeler al agua y al polvo, g) textiles usados en trajes de baños que imitan la forma de la piel de tiburones y reducen la fricción con el agua, entre muchos otros.

Si se piensa detenidamente, no es de sorprender que los seres humanos sigamos “copiando” los diseños de la naturaleza, sobre todo, si tomamos en cuenta que ella nos lleva millones de años de ventaja en los que, a través de la selección natural, ha estado poniendo a prueba cada diseño hasta conseguir resultados altamente eficaces y eficientes. Actualmente, varios países alrededor del planeta están destinando recursos para el estudio de la naturaleza con miras a obtener desarrollos tecnológicos que permitan hacer frente a grandes problemas.
En particular, el gobierno de México ha hecho una gran inversión en la generación del Clúster Científico y Tecnológico BioMimic® (Clúster BioMimic®), el cual es un esfuerzo coordinado de varios centros públicos de investigación nacionales y algunas instituciones internacionales. El Clúster BioMimic® tiene su sede en el Instituto de Ecología A. C. en la ciudad de Xalapa, Veracruz y está enfocado en la investigación trans y multidisciplinaria para
la resolución de grandes problemas ambientales de relevancia nacional usando a la naturaleza como fuente de inspiración.
Como primer gran reto del Clúster BioMimic®, está la búsqueda de soluciones a la inminente llegada, desde Estados Unidos, de unos escarabajos que transportan hongos simbiontes que son altamente fitopatógenos para algunos árboles. Estos escarabajos son de origen asiático y han sido transportados al continente americano en la madera que se usa como embalaje de productos. En dicho país, estos pequeños insectos han causado daños importantes en las poblaciones de árboles. México es un país con alta biodiversidad que podría resultar seriamente comprometida con la llegada de estas nuevas plagas. El Clúster BioMimic® está haciendo frente a este reto gigantesco a través del biomimetismo.
Sin lugar a dudas, la naturaleza aún tiene muchos secretos por revelar, por lo que el campo de investigación en biomimetismo es altamente prometedor.

Figura 1. Las plantas cuentan con mecanismos de respuesta en diferentes niveles ante el ataque de plagas y/o enfermedades. Uno de estos, es mediado a través de la producción de compuestos químicos que les ayudan a defenderse. Esta guerra química interespecífica ha sido aprovechada por el hombre para el descubrimiento de nuevos fármacos con diversas propiedades, como es el caso de los antibióticos.

Figura 2. Fotosíntesis natural: proceso realizado por las plantas y algunas bacterias que consta de tres etapas esenciales. La primera es la absorción de luz por moléculas “antena” como la clorofila. Posteriormente esta energía es transferida a una cadena transportadora de electrones para generar intermediarios ricos en energía y finalmente una serie de transformaciones independientes de luz son usadas para la formación de los carbohidratos que necesita la planta o bacteria para sobrevivir. Fotosíntesis artificial: esquema de fotosíntesis artificial usado para la ruptura de moléculas de agua y la reducción de moléculas de dióxido de carbono para la generación de hidrógeno y oxígeno molecular y otros compuestos como el metanol que pueden ser almacenados y utilizados como combustibles.

Figura 3. Superficie antimicrobiana: a partir del estudio de la estructura de las alas de la libélula (Diplacodes bipunctata) (A), investigadores desarrollaron una superficie sintética antimicrobiana, la cual está compuesta de picos a escala nanométrica (10-9 m) que tienen la capacidad de romper las células bacteriana y esporas. Este material tiene el potencial de ser usado como recubrimiento de utensilios médicos y en equipos que procesan alimentos. (B) y (C) Representación por computadora e imagen obtenida por microscopia electrónica de barrido de la nanoestructura sintética. Imágenes tomadas de Ivanova et al. (2013).


ºM. en C. Israel Bonilla Landa / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
ºDr. Juan Luis Monribot Villanueva / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
ºDr. José Antonio Guerrero Analco / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Red de Estudios Moleculares Avanzados del Instituto de Ecología A.C., Xalapa, Veracruz.