¿Alguna vez, estimado lector, ha deseado poseer la habilidad de algún
animal que usted admire? Por ejemplo, ¿le gustaría tener la visión nocturna de
un felino; la soltura en el nado de un delfín o tiburón; la potencia de salto
de una rana; la habilidad de un camaleón de mimetizarse con el medio ambiente;
la capacidad de “ver” del murciélago mediante ondas sonoras; volar o planear
como ave; entre otras más? Incluso es posible que también haya pensado en tener
a la mano dispositivos que pudieran realizar una tarea específica emulando
características de distintos organismos biológicos: un traje para nadar con
superficie parecida a la piel de tiburón (para disminuir el rozamiento con el
agua); aletas para pies y manos como las membranas que tienen los gansos en sus
patas; un robot con forma de insecto que pudiera ayudarnos a vigilar nuestra
casa; un órgano artificial que pudiera sustituir a uno enfermo; y así, la lista
podría ser muy larga.
Imitando la naturaleza
Algunos de los ejemplos anteriores, ya han sido desarrollados: aeroplanos,
sonar, videocámaras de visión nocturna (y diurna), robots que emulan la locomoción
de insectos o reptiles, brazos robóticos industriales, piernas o brazos
artificiales para personas que han sufrido amputaciones, entre otros más. Un
caso emblemático del desarrollo de un sistema mecánico a partir de la observación
de uno biológico lo llevó a cabo en 1951 el ingeniero suizo Goerge de Mestral.
Él observó que los frutos de algunos cardos Arctium bardana se
enganchaban a ciertas telas, lo cual lo llevó a desarrollar el Velcro (sistema
de apertura y cierre rápido), tan usado hoy en día.
La historia de la ingeniería nos permite conocer casos en los que el
hombre ha tratado de imitar alguna estructura o sistema biológico para resolver
un problema práctico. No cabe duda que la sagacidad humana ha sido suficiente para
darse cuenta que las herramientas «naturales» de los organismos vivos son en
extremo eficientes para sobrevivir en los más diversos ecosistemas.
Biónica: biología y técnica
Hace algunas décadas se creó un nuevo campo científico-tecnológico que aborda
el estudio de sistemas biológicos para la obtención de productos técnicos, al
cual se le denominó biónica. Esta palabra fue acuñada por el médico
estadounidense Jack E. Steele en 1952. Su popularización se debió a las series
televisivas ‘El hombre de los seis millones de dólares’ (‘El hombre nuclear’,
en Hispanoamérica) y la ‘Mujer biónica’, en la década de los 70. La palabra
biónica se conforma de las raíces griegas ‘bios’ (vida) e ‘ica’ (relativo a),
es decir, etimológicamente significaría “relativo a la vida”. Aunque también se
menciona que la palabra biónica se formó de los segmentos resaltados de las
palabras BIOlogía y técNICA.
El propósito principal de la biónica es la creación de sistemas
artificiales para reproducir las características y la estructura de los
organismos vivos. Esta disciplina puede tener aplicación en todas las ramas de
la ingeniería, la arquitectura, las ciencias naturales, formales, o incluso
sociales. A la biónica también se le conoce como biomimética y biognósis, cuyos
prefijos vienen de la raíz griega ‘bios’, y el resto, de las raíces ‘mímesis’
(imitación) y ‘gnósis’ (conocimiento). Es decir, estas palabras significarían
“imitación de la vida” y “conocimiento de la vida”, respectivamente.
La cibernética ‒a comienzos de la segunda mitad del siglo XX‒ fue la
primera disciplina científica en tender un puente entre la biología y la
técnica. Estableció una analogía entre la estructura y el funcionamiento de los
sistemas vivos y los artificiales (sistemas reguladores). Por tanto, la
cibernética podría ser la precursora de la biónica. Posteriormente, surgieron
áreas como la inteligencia artificial (donde se aborda el desarrollo de redes
neuronales, algoritmos genéticos, entre otros) y la visión artificial
(detección e interpretación de objetos en imágenes), las cuales tienen una
estrecha y evidente cercanía con la biónica.
Aplicaciones de la biónica
El quehacer de la biónica es muy amplio: va desde la aplicación de la
topología del delfín en la aerodinámica de algunos vehículos, hasta el diseño
de edificios con trazados de formas naturales y biológicas (con el objeto de
incrementar sus cualidades estructurales y estéticas). Una propuesta muy difundida,
dentro de la arquitectura biónica, es la Torre Biónica, que pretende ser una
ciudad vertical que podría dar albergue a más de 100 mil personas.
La ciencia de materiales se apoya en la biónica al querer imitar, hasta
cierto punto, materiales compuestos, como el hueso, las conchas de algunos
mejillones y la madera; o también al imitar su morfología macroscópica para mejorar
las propiedades mecánicas de elementos estructurales o de soporte. Asimismo, se
han estudiado y desarrollado materiales biocompatibles para el recubrimiento de
prótesis invasivas (como las de cadera, rodilla, húmero, entre otros). Cabe
mencionar también que la biónica interviene en el diseño y manufactura de
soportes adecuados para el cultivo y crecimiento de tejido biológico.
Quizá el campo de desarrollo biónico más conocido sea el de la manufactura
de prótesis de brazo o mano accionadas mediante señales mioeléctricas (pequeñas
corrientes eléctricas de los nervios que accionan los músculos), o las prótesis
de piernas (no es raro observar velocistas con algunas de estas prótesis). En
la actualidad, se trabaja arduamente en el desarrollo de exoesqueletos que
podrían otorgar movilidad y cierta independencia a individuos parapléjicos y
tetrapléjicos.
En general, todo el instrumental y equipo biomédico ‒desde medidores de
glucosa para diabéticos y marcapasos, hasta monitores de signos vitales y
respiradores artificiales‒ han tenido a la biónica como soporte. Dentro de
estos dispositivos podrían destacar las retinas biónicas (chips fotosensibles
implantados en el ojo) que son capaces de devolver parcialmente la vista, y los
implantes cocleares (transductores que convierten las señales acústicas en
eléctricas) que estimulan los nervios del oído para mejorar la audición.
Por otra parte, se han construido prototipos robóticos de peces y
serpientes buscando aprovechar su eficiente locomoción; o también se están
estudiando las propiedades ópticas de algunas alas de mariposa debido a que su
superficie se encuentra altamente estructurada a escala nanométrica (un
nanómetro es igual a una mil millonésima parte de un metro), dando como
resultado esa variabilidad tan grande de color que poseen. En cuanto al estudio
de ciertas propiedades de las plantas, ha llamado la atención la hidrofobicidad
de la planta Lotus, la cual tiene una peculiar estructura en la
superficie de sus hojas que hace que el agua resbale sin mojarlas. Esta
propiedad, denominada ángulo de humectancia, se ha aplicado a la superficie de
alfombras o telas para que no se mojen.
En la actualidad, se realiza mucha investigación para el desarrollo de
músculos artificiales, esto es, dispositivos que ante un estímulo pueden
contraerse o elongarse como lo haría, hasta cierto punto, un músculo biológico.
Los hay de polímeros elásticos que ante una fuerza electrostática de atracción,
se elongan, y al dejar de aplicarla se contraen. También hay músculos
artificiales basados en polímeros conductores de electricidad que, ante un voltaje
apropiado, se deforman (dentro de una solución electrolítica adecuada) debido a
una inserción/expulsión en su volumen de ciertos iones (elementos o moléculas
que poseen carga eléctrica).
Consideraciones finales
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| Pruebas de un brazo biónico en el laboratorio del ing. Luis Armando Bravo Castillo. |
La biónica, principalmente puede estudiarse a nivel universitario en
Alemania y México, aunque en Estados Unidos, Japón, Reino Unido y España hay
especializaciones en biorrobótica e investigación a nivel posgrado. De estos países,
sobresale Alemania donde hay oferta universitaria en biónica desde la década de
los 70. En México se ofrece ingeniería en biónica en la Unidad Profesional
Interdisciplinaria en Ingeniería y Tecnologías Avanzadas (UPIITA) del Instituto
Politécnico Nacional (IPN), desde 1996, y en la Universidad Popular Autónoma
del Estado de Puebla (UPAEP) donde comenzó unos años después. De estos centros
ha logrado graduarse una cantidad importante de ingenieros en biónica, dentro
de los cuales ha destacado el ingeniero Luis Armando Bravo Castillo, quien
fundó la empresa Probionics donde diseña y construye prótesis de brazo y mano que
se accionan mediante señales mioeléctricas. Cabe mencionar que tuve el
privilegio de ser su compañero de estudios en la UPIITA.
Sin duda, la biónica seguirá desarrollándose en los siguientes años. Sus
límites estarían acotados por la enorme diversidad biológica que existe en la
Tierra, por lo que la cantidad de sistemas biológicos a estudiar (y aprovechar)
sería incalculable en estos momentos. Así que, estimado lector, cuando salga de
paseo al campo y observe la flora y la fauna, quizá lo haga de diferente
manera: comenzaría a buscar estructuras y sistemas biológicos que podrían
resolver algún problema concreto de su entorno cotidiano.
