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Prototipos orgánicos

Inspiradas en aves y elefantes

Diseñan nuevas máquinas cuyo objetivo es ahorrar energía en todos los ámbitos posibles

INSTITUTO FRAUNHOFERNaturaleza recreada: gaviota y araña mecánicaINSTITUTO FRAUNHOFER

El diseñador Rainer Mugrauer sujeta con ambas manos la panza de una gaviota gris de dos metros de envergadura y uno de longitud. La erige por sobre su cabeza y, con un ligero impulso, la suelta en el aire. El ave despega, aletea y da dos vueltas sobre el auditorio de Festo, una empresa de automación ubicada en Esslinger, ciudad vecina a Stuttgart, en el sudoeste de Alemania. Luego la gaviota vuelve a sus manos, repliega sus alas y se aquieta. Es un ave mecánica o SmartBird, impulsada con una batería un poco más grande que la de un celular. Es la primera vez que el vuelo de un ave es decodificado y que un prototipo despega con autonomía. Y son varias las empresas que están construyendo máquinas inspiradas en animales para reducir el consumo de energía, mejorando el diseño, los materiales y los métodos de fabricación.

Durante esta mañana del día 10 de octubre, unas 20 personas, la mayoría periodistas extranjeros, observan al Smartbird. No es mucho público, si se lo compara con el que vio el primer vuelo del ave en abril de 2011, en una feria de tecnología realizada en Alemania. En julio, centenas de personas aplaudieron paradas al ave que volaba sobre el auditorio de la filial de la organización no gubernamental Technology, Entertainment, Design (TED) en Edimburgo, Escocia. En el cielo de un parque de la ciudad, el ave mecánica atrajo a decenas de gaviotas, que volaron a su alrededor.

El SmartBird impresiona por su elegancia y simplicidad. Elaborado con fibra de carbono, pesa 450 gramos. Mugrauer le saca la cabeza y muestra los cables y los engranajes que mueven las alas. Algunos sensores le advierten sobre objetos cercanos durante el vuelo. “Somos los primeros en decodificar el vuelo de un ave”, celebra el ingeniero Heinrich Frontzek, jefe de comunicación corporativa de la empresa. Según él, un físico de una empresa aeronáutica, Wolfgang Send, había descifrado teóricamente el vuelo de una gaviota, pero no había encontrado a alguien que se dispusiera a construir un ave capaz de volar con autonomía.

Antes que ellos, otros planearon objetos parecidos. El ingeniero y artista italiano Leonardo da Vinci proyectó en 1485 su ave de madera, que no salió del papel. El ingeniero alemán Otto Lilienthal construyó planeadores rudimentarios y realizó alrededor de dos mil vuelos; en uno de ellos, el 9 de agosto de 1896, Lilienthal cayó desde una altura de 17 metros, se quebró la columna y murió al día siguiente.

En abril de 2006, investigadores de la Universidad de Toronto, Canadá, lanzaron el ornitóptero, un planeador cuyas alas se mueven como las de las aves. En octubre de 2010, ingenieros de la Universidad de California en Berkeley, Estados Unidos, presentaron un insecto mecánico de 10 centímetros de longitud y un peso de 25 gramos con el propósito de detallar la evolución del vuelo de las aves, tal como lo describen en un artículo publicado en octubre en la revista Bioinspiration and Biomimetics.

Un estímulo a la creatividad
La gaviota mecánica constituye una nueva concepción de productos que Festo pretende empezar a fabricar lo más pronto posible. “Queremos aprender con la naturaleza, que no derrocha sus energías”, dice Frontzek. Otra finalidad consiste en hacer que la creatividad vuele. Frontzek dice que está incentivando a los ingenieros  alemanes a que abandonen los caminos conocidos y piensen con mayor libertad; y asegura que lo está logrando. Al menos tiene cosas nuevas para mostrar, tales como las garras y los brazos mecánicos flexibles, inspirados en la trompa del elefante, capaces de sujetar una manzana sin despedazarla. En los últimos cuatro años, los ingenieros de la empresa han construidos pingüinos, medusas y rayas mecánicas, que han servido de inspiración para la construcción de nuevos equipos de automatización, tales como válvulas, sensores y sistemas de tratamiento de aire comprimido con mayor eficiencia energética.

UC BERKELEY E FESTOZoo high tech: insecto de Estados Unidos y trompa articulada de AlemaniaUC BERKELEY E FESTO

En octubre, una araña robot con una cámara, desarrollada en el Instituto Fraunhofer, en Berlín, dio sus primeros pasos públicamente, en una feria de tecnología realizada en Fráncfort entre los días 29 de noviembre y 2 de diciembre. Los ingenieros del Fraunhofer creen que el arácnido mecánico podría entrar en agujeros pequeños formados por la destrucción de casas y edificios y suministrar imágenes que ayuden a rescatar sobrevivientes.

La fabricación de animales electrónicos es una de las posibilidades del área llamada biónica o biomecánica, que sirvió de inspiración de la serie de televisión El hombre nuclear, exhibida entre 1974 y 1978, y de una lechuza, en la película Blade Runner, de 1982, que confundió al policía Deckard, representado por Harrison Ford.

La biónica y la biomecánica a veces se confunden con la biomimética, otro nombre que se les da a los esfuerzos humanos en procura de imitar a la naturaleza y producir cosas útiles. Fue así como, en 1941, el ingeniero suizo George de Mestral creó el velcro, un tejido provisto de pequeños ganchos que se emplea para adherir ropas y calzados,  luego de observar las semillas de cardos que se adherían al pelaje de su perro. Y un ejemplo más reciente: en 2005, Mercedes-Benz presentó un coche conceptual llamado Bionic, cuya forma se asemeja a un pez, y consumirá un 20% menos combustible que un modelo equivalente.

“En química y en biología ya se conocen procesos que, inspirados en la fotosíntesis, apuntan a la generación limpia de hidrógeno combustible”, sostiene María del Pilar Taboada Sotomayor, docente del Instituto de Química de la Universidad Estadual Paulista (Unesp) de Araraquara, quien trabaja en dicha área. “En el área de desarrollo de dispositivos sensores para el monitoreo de diversos tipos de compuestos de interés clínico y ambiental, el reemplazo de las enzimas ha sido bastante estudiado a través de la sustitución de compuestos biológicos por catalizadores que imitan satisfactoriamente a la catálisis biológica.”

FESTO Un ingeniero haciendo arte: la gaviota que nació animal y terminó mecánicaFESTO

Ahorro de energia
Los animales mecánicos parecen juguetes, pero casi siempre existe embutido en su construcción un problema que ayudarían a resolver. Frontzek comenta que él mismo le planteó al equipo de investigación y desarrollo de Festo la posibilidad de construir brazos flexibles como la trompa de un elefante, a los efectos de reducir los accidentes ocasionados por los brazos rígidos de los robots industriales. El equipo se convenció y trabajó durante tres años en colaboración con otras empresas y universidades, hasta llegar al prototipo expuesto públicamente. Frontzek subraya que el objetivo no es fabricar aves o brazos parecidos con trompas, sino aprovechar el conocimiento adquirido para construir máquinas más eficientes y con menor consumo de energía. “Como en un coche conceptual, lo importante no es el coche en sí mismo, sino la tecnología a bordo”. Con ventas anuales que rondan los 1.800 millones de euros (4.300 millones de reales), Festo invierte anualmente alrededor de 150 millones de euros (360 millones de reales) en investigación y desarrollo de nuevos productos.

La prioridad consiste ahora en disminuir el consumo de energía donde sea posible y, con idéntico objetivo, revisar los procesos de producción y reducir el peso de las máquinas que fabrican. Según Nico Pastewski, gerente de innovación, un proyecto llevado adelante en colaboración con otras empresas ha hecho posible la reducción de un 20% del consumo de energía en máquinas de aire comprimido desde 2007. “Podemos ahorrar con medidas sencillas”. Otro cambio al que se aspira apunta a hacer que las máquinas, actualmente controladas mediante un mecanismo central, se autocontrolen, o dicho de otro modo: que funcionen de manera descentralizada, tal como lo hace el ave mecánica.

Una parte difícil del trabajo consiste en vencer las resistencias, no las de los materiales, sino las de la gente. Por esta razón, Peter Post, jefe de programas estratégicos de investigación, considera que es fundamental el diálogo abierto entre los equipos internos y externos que participan en un determinado trabajo. “Necesitamos mentes abiertas”, aconseja. “No pienses que los otros  quieren robarte tus ideas”. Aun cuando existen equipos afinados, no siempre encuentran soluciones para los problemas de la producción. Tal es el caso de las baterías, por ejemplo, que todavía demandan materiales tóxicos. “No tenemos ideas brillantes para solucionar la cuestión de las baterías”, reconoce. “Sorry.”

Los espectáculos de Festo evocan el estilo de Thomas Edison, inventor y empresario de Estados Unidos que reunía a expertos de áreas distintas – físicos, ingenieros y abogados – y les daba los materiales y la libertad que necesitaban para trabajar. Edison anunciaba sus invenciones – tales como la lámpara eléctrica incandescente, el gramófono y decenas de otras – antes incluso que estuviesen listas, para preparar a los consumidores para las novedades. “Un proverbio alemán dice: haz cosas positivas y coméntalas”, dice Eberhard Veit, presidente del comité de gestión de Festo.  Ya en la entrada de la empresa, un cochecito pasea sobre el césped y distrae a los visitantes. A decir verdad, es una cortadora de césped impulsada con aire comprimido.

El periodista viajó por invitación del Servicio Alemán de Intercambio Académico (DAAD)

Vea un video de la ave mecánica.

Artículo científico
PETERSON, K. et al. A wing assisted running robot and implications for avian flight evolution. Bioinspiration and Biomimetics. out. 2011.

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