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NATURA, DISSENY I INNOVACIÓ,
1994
Biónica y diseño: testimonios de la evolución de esta aproximaciónLas investigaciones de historia natural,
hasta las que no parecen ser más que pura y vana curiosidad, pueden
tener utilidades muy reales...
René-Antoine Ferehault de Réaumur Historia
de las Avispas (1719)
La biónica es una ciencia relativamente
reciente, definida tan sólo en 1960 por Jack E. Steele de la fuerza aérea de
los Estados Unidos, después del congreso de Dayton, Ohio:
La biónica es la ciencia de los sistemas
que tienen un funcionamiento copiado del de los sistemas naturales, o que
presentan las características específicas de los sistemas naturales o hasta que
son análogos a ellos (citado en Gérardin,
1968).
En otras palabras, la biónica es la ciencia que busca entre los seres vivos, animales y vegetales, modelos de sistemas en vista a realizaciones técnicas. Esta preocupación está muy cercana a la del diseñador. La biónica, sin embargo, fue practicada
mucho antes de su definición oficial. Se podrían sacar de la historia del arte
y de las técnicas una serie de ejemplos que atestigüen el interés del hombre
por los modelos naturales desde la más remota antigüedad. Algunos, como Dédalo
e Ícaro, a quien se atribuye la invención de dispositivos de vuelo inspirados
en los pájaros y la construcción de robots, nos han llegado tan sólo a través
de los mitos.
Diseño del
Renacimiento y renacimiento del diseño
No se puede dudar de que el testimonio más concreto —y el más perturbador— es Leonardo da Vinci, quien contempla al mismo tiempo el marco estricto de la biónica y del diseño. El ejemplo de este genio del Renacimiento
puede parecer demasiado antiguo. Peto realmente es de una gran actualidad, ya
que Leonardo llevó la elaboración de
su obra desde la fuente de inspiración —la naturaleza— hasta su realización
material definitiva. Se le puede ver, sucesiva y conjuntamente, como dibujante,
pintor, ingeniero, arquitecto, escultor, anatomista y naturalista en el
sentido amplio. Era «diseñador», eso es, «dibujante» en el sentido literal de
la palabra, haciendo tanto los diseños de análisis como los dibujos de síntesis
de sus proyectos.
La biónica parece haber sido para Leonardo da Vinci una
práctica creativa evidente. Con ojo de técnico, analizaba, observaba y
diseccionaba las estructuras naturales, hizo de ellas innumerables diseños
anatómicos, y se abocó a una transposición de principios a través de
realizaciones a otra escala y en otros materiales. Sus obras atestiguan este
paso natural entre comprensión y creación, entre análisis y síntesis, entre hipótesis
y experimentación.
Podemos constatar que, durante el último decenio, el
trabajo del diseñador, considerablemente ampliado, se ha hecho una actividad de
generalista, globalizante, pareciéndose en esto al papel que tenía el
artista-técnico durante el Renacimiento.
Parece evidente que la biónica debería aportar igualmente
al diseñador actual este método de creatividad, de verificación de la validez
de nuevas construcciones, una diversificación de las formas destinadas a
funciones precisas.
Desarrollo
de los conceptos de la biónica
Cuando uno considera las diferentes aproximaciones a la copia de la naturaleza desde el fin del siglo pasado, estaría tentado a reconocer una sucesión de muchos períodos que llevan de la inspiración artística al análisis técnico para desembocar en desarrollos teóricos. «Kunstformen
der Natur»
(formas artísticas en la naturaleza) Esta antología, publicada por el biólogo alemán Ernst Haeckel en 1893, tuvo una gran influencia en los artistas e ingenieros de su época. Junto a sus actividades como biólogo, trató de llamar la atención sobre la admirable diversidad de formas que ofrece la naturaleza. En la época de las primeras expediciones oceanógraficas,
abrió, entre otras cosas, el catálogo de las
formas microscópicas del plancton, ejecutando él mismo
dibujos de una gran precisión y de una rara elegancia.
«On Growth
and Form»
(sobre el
crecimiento y la forma)
La obra de Sir D'Arcy Thompson, On Growth and Form (1917), fue en su época un verdadero best-seller, ya que reunía y hacía accesibles los documentos relativos a este tema. Mostraba que la forma en sus proporciones y en su comportamiento mecánico no podría ser entendida sino conociendo su génesis. «Evolutionsstrategie»
(estrategias de la evolución) Más allá de la imitación de los principios físicos de los sistemas naturales, debemos a Ingo Rechenberg una apertura a un reino original de reflexión. Este autor se propone aplicar el «método de la innovación» de la naturaleza. La fusión de las mutaciones genera un verdadero brainstorming, por el cual la criba de la selección natural representa un análisis de valor. Posiblemente deberíamos recordar que el brainstorming procede del enunciado de todas las ideas, sin censura previa y sin jerarquización. Rechenberg modifica de forma aleatoria los parámetros de los sistemas que experimenta, y no retiene más que aquellos que aportan una mejora al sistema. Estos principios se consiguen en su obra de 1973, cuyo título es bastante explícito: Estrategia de la evolución. Optimización de los sistemas técnicos según los principios de la evolución biológica. Rechenberg fundó uno de los pocos institutos de biónica: Biónica y Técnica de la Evolución, que constituye un departamento de la Universidad Técnica de Berlín. Forma y
función
La relación forma-función es sin duda el aspecto de la biónica que toca más especialmente al diseñador. Queremos decir con esto que otros aspectos como por ejemplo los principios físico-químicos del funcionamiento de ciertos órganos sensoriales no son de su incumbencia. Al contrario, innumerables trabajos de biología tratan el
doble aspecto de la relación forma-función. Es el reino de la morfología
funcional.
Por sus soluciones muchas veces inesperadas, la naturaleza
esconde una riqueza en la cual los diseñadores estarían bien inspirados si las
indagaran.
Los modelos pueden ofrecer soluciones semejantes de cara a
un problema preciso, ya que los organismos vivos tienen un parentesco estrecho.
Los biólogos hablan de paralelismo.
Es así que los peces presentan dos tipos principales de aletas:
las de los nadadores lentos y las de los nadadores rápidos. Para la natación
lenta, la aleta es larga y flexible (carpa china). Por el contrario, la forma
de hoz caracteriza a los nadadores rápidos como el atún y la caballa.
Sucede también que dos seres vivos sin parentesco adoptan
una misma solución de cara a un gran problema. Los biólogos hablan en tal caso
de la convergencia.
La adopción de un sistema de aletas caudales para la
propulsión dentro del agua tanto en los mamíferos (delfines, ballenas) como en
los peces revela la convergencia.
La aleta
caudal: propulsión por bayona
 Figura 1: La naturaleza no conoce el movimiento de rotación alrededor de un eje. La propulsión por oscilación de una aleta, como la practican los peces y las ballenas, tiene el inconveniente de la parada de movimiento en cada batido. Pero la técnica retiene soluciones en el reino de la forma general de la aleta y de su flexibilidad, así como en el principio de propulsión por oscilaciones y el efecto de «bombeo». a) Radiografía de una aleta de trucha y, sobrepuesta sobre su modelo, una quilla flexible para la propulsión de un barco (Ingo Rechenberc y Werner Voss, 1982). b) Aleta de rorcual azul (vista escorzada) y el
prototipo de un monopalma (FFNS, Francia, 1985).
c) Bomba con superficie oscilatoria rígida (Klaus
Affeld y Heinrich Hertel, 1973).
Sea lo que sea trátese de un fenómeno de paralelismo o de
convergencia, la selección de una misma forma para un mismo sistema subraya el
interés del sistema retenido por la naturaleza.
La forma de huso se impone en todos los nadadores rápidos. Pero es necesario llamar la atención sobre el hecho de que la naturaleza ha ido más allá de los beneficios de la forma sencilla. Ha retenido muchos sistemas que mejoran el deslizamiento dentro del agua, tres de los cuales han dado lugar a aplicaciones biónicas (figs. 2 y 3): - La piel amortiguadora visco-elástica del delfín: revestimiento Laminflo (para cascos de barcos y submarinos). - La mucosidad de
peces rápidos como la barracuda: el polyox (óxido de polietileno) para
submarinos, y «lubricación» adicional para extintores de fuego.
- Las
microestructuras de la superficie de las escamas de tiburones rápidos: revestimiento
de microsurcos de 3M/Minnesota (para barcos y aviones).
Los límites
de la relación forma-función
Los biólogos advierten del peligro de una interpretación demasiado reductora que consiste en atribuir una forma a una sola función, ya que todo el mundo sabe que un organismo ha de satisfacer múltiples funciones cuyas exigencias son a veces contradictorias. Tomemos un ejemplo de los peces: un nadador rápido como la
trucha no puede ofrecer una forma hidrodinámica ideal que dé lugar a un flujo
casi laminar, que le permita deslizarse dentro del agua sin provocar
turbulencias. Tiene que poseer, para asegurar esta propulsión, en primer lugar
unas aletas, pero también tener la posibilidad de alimentarse, de respirar, de
ver. Las aletas, la boca, las agallas, los ojos, aportan al mismo tiempo
relieves que perturban el deslizamiento... ¡Pero he aquí que la trucha se
mantiene, por ahora, aparentemente inmóvil de cara a la corriente y sin esbozar
un movimiento!
El físico de origen rumano Henri Coanda, al preguntarse
sobre este curioso fenómeno, formuló la hipótesis del famoso «efecto Coanda»: el
agua que entra por la boca y que sale por las rendijas de las agallas genera
alrededor del cuerpo del pez un deslizamiento perfectamente laminar, provocando
un efecto de aspiración que asegura su natación estacionaria. No tenemos, de
hecho, conocimiento de una verificación de esta hipótesis por parte de los
biólogos, pero Coanda pudo
desarrollar aplicaciones basadas en el «efecto Coanda» en su primer avión
turbo-hélice (1910) así como en el control «fluídico» (fig. 4).
Los tubos de escape de los autobuses londinenses tienen un
diseño con «efecto Coanda», que asegura una combustión casi total que evita un
aporte de polución a la ciudad (cf. P. J. Grillo,
1960).
La observación de la naturaleza con un espíritu despierto
puede interpelar y conducir a una innovación técnica.
Si hemos elegido ilustrar este capítulo sobre las
relaciones forma-función con ejemplos tomados de los problemas de la propulsión
dentro del agua, es porque nos parecen altamente simbólicos de la competición.
Queremos decir que la competición lleva a la selección de los sistemas más
competitivos, los que dan la mejor relación «calidad-precio».
El pez
rápido: fuselaje hidrodinámico
 Figura 2: a) Los peces rápidos, como esta caballa Loo,
presentan perfiles biconvexos característicos de una buena penetración dentro
del agua.
b) La misma forma puede ser aplicada igualmente a
otro «fluido» como el aire. El avión Aérotorpille de los ingenieros V, Tatin y L. Paulhan, de 1911, posee un fuselaje que recuerda
la forma de un pez y que tiene propulsión de hélice montada en la cola.
c) Pez piloto mecánico para guiar barcos,
patentado en 1905 por el noruego Cornelius Lie.
El delfín:
un fuselaje hidrodinámico
 Figura 3: a) Avión clásico con fuselaje cilíndrico, un DC8.
b) Maqueta de silicona de un delfín para estudios
hidrodinámicos.
c) Proyecto
de un avión con perfil llamado laminar, inspirado en el del delfín (H.
Hertel, P. Thiède, K. Affeld, G. Clauss, del Instituto de Aeronáutica de
Berlín, ILTUB, 1966-1969).
d) Una depresión debajo de la cabina de pilotos
de un avión puede corregir la perturbación del deslizamiento causada por el
elemento saliente. Proyecto de Heinrich Hertel siguiendo sus observaciones
sobre la forma de un melón y de la aereación del delfín (1969).
La trucha
inmóvil en la corriente: ¿un -efecto Coanda»?
 Figura 4: El primer avión turbo-hélice de la historia de la aviación
construido por Henri Coanda, expuesto en el Salón de la Aeronáutica en París,
1910. Según el amigo del ingeniero, el diseñador Jacques-Paul Grillo, éste
sería un invento biónico. Coanda habría formulado la teoría del efecto que
lleva su nombre observando peces rápidos en alta mar y truchas en los ríos y
reflexionando sobre el papel hidrodinámico de las rendijas de las agallas.
Conjuntamente con nuestros propósitos, tenemos que citar los testimonios de autores que son célebres en el diseño y la biónica. De la
utilidad de la investigación en la historia natural
[...] Las investigaciones de historia natural, hasta las
que no parecen ser más que pura y vana curiosidad, pueden tener utilidades muy
reales que serían suficientes para justificarlas ante los mismos que querrían
que no se buscasen más que cosas útiles, si antes de condenarlas se tuviera la
paciencia de esperar que el tiempo enseñe el uso que se les puede dar [...] (René-Antoine
Ferchault de Réaumur, Historia de las avispas [1719]).
Debemos a De Réaumur el reinventar el papel de fibra de
madera —técnica practicada hace mil quinientos años por los chinos, pero
desconocida en Europa. La observación de las avispas que fabrican una pasta de
madera para construir sus nidos inspiró a De Réaumur la idea de reemplazar la
reía por materiales vegetales menos caros. Pero no fue hasta 135 años después
de la publicación de su propuesta que vio la luz del día la primera desfibradora
de madera (Gottlieb Keller, en Alemania).
El «diseño»
del mundo vivo
Desde tiempos inmemoriales ha sido a través de la «causa
final», por el concepto teleológico del fin, propósito o «diseño», en alguna de
sus múltiples formas (porque sus maneras son varias), que el hombre ha
acostumbrado explicar los fenómenos del mundo vivo.
[...] el camino del físico es buscar no tan sólo los fines,
sino más bien los antecedentes; encuentra las «causas» en lo que ha aprendido a
reconocer como propiedades fundamentales o concomitantes inseparables o leyes
invariables de la materia y la energía (D'Arcy
Thompson. 1917, vol. I, pp. 5-6).
La bardana:
un sistema para enganchar
 Figura 5: La bardana Arctium lappa, fotografiada en otoño (a).
El suizo Georges de Mestral patentó en 1951 la cinta Velero (velours «terciopelo»
+ crochets «ganchillos»), inspirado en el sistema de enganchado de los frutos
de esta planta. Una parte de la cinta lleva rizos seccionados que hacen de
ganchillos, similares a los ganchillos flexibles de la planta; la otra parte
lleva rizos finos parecidos a los rizos del pelaje de un animal, en los que los
ganchillos se pueden enganchar. Adoptada inicialmente por la NASA, este invento
biónico ha conquistado poco a poco todos los sectores de nuestra vida diaria:
el sistema no necesita instalación especial (b).
Rémiges
anguladas: un «reactor»
en la punta del ala
 Figura 6: Molino de viento «Berwian» de Ingo
Rechenberg que explota el efecto del remolino compuesto. Las puntas de las alas
activas están giradas hacia el centro, donde se pone la turbina. El molino de
viento fue optimizado por el método de la «estrategia de la evolución» a muchos
niveles (número y posición de las aspas, perfiles, etc.).
 Figura 7: Ingo Rechenberg, del Instituto de Biónica
de Berlín, demostró que las rémiges, las grandes plumas de las puntas de las
alas de grandes aves como los rapaces, reducen las pérdidas de energía.
Su disposición en cascada lleva a la
formación de remolinos marginales que se autoorganizan en una trenza helicoide
en el interior de la cual la columna de
aire se acelera. Surge un efecto de reactor
en la punta del
ala.
a) Cóndor de los Andes. b) «La Cigüeña», planeador
experimental de Otto Lilienthal (1894).
c) Remolino marginal simple en la
punta de un ala truncada, responsable de una gran pérdida de energía.
d) Remolino compuesto, mostrando
el efecto de las «aletas» múltiples, análogas a las rémiges de las aves.
Principios
físicos del vuelo
El hombre ha intentado, miles de veces,
imitar a las aves. El género humano ha fabricado y probado un número infinito
de alas sólo para descartarlas enseguida. Todo ha sido en vano y de nula
utilidad para llegar a este fin tan esperado.
El verdadero vuelo libre sigue siendo hasta
hoy un problema para la humanidad, como lo ha sido desde hace miles de años.
No queda más que renunciar completamente a
los medios de sustentación por gases ligeros y debemos entonces renunciar al
uso de globos inflados y explotar estos efectos grandiosos de vuelo del mundo
animal; nos queda tan sólo aprovecharnos de un método de vuelo en que no se usa
más que cuerpos de alas no muy gruesos, que ofrecen muy poca resistencia al
penetrar el aire en dirección horizontal.
Los animales que vuelan son capaces,
mientras mantienen este principio, de levantarse y efectuar una rápida
propulsión a través del aire. Si deseamos, entonces, aprovechar igualmente las
ventajas de este principio, convendría encontrar la explicación de este efecto
de vuelo. La reducción de tal efecto a su causa se hace a través del justo conocimiento
de los procesos mecánicos; y es la mecánica, la ciencia de los efectos de las
fuerzas, la que nos da los medios para explicar estos mecanismos.
El arte del vuelo es, entonces, un problema
cuyo tratamiento científico depende esencialmente de los conocimientos de
mecánica. Las reflexiones necesarias son, sin embargo, de naturaleza
relativamente sencilla, y vale la pena echar una mirada sobre las relaciones
del arte de volar y de la mecánica (Lilienthal,
1889 ; 6-7).
Principios
de morfología
Desde que uno oye por primera vez a un
biólogo decir, en lenguaje claro, que bajo la forma de un animal siempre hay
que ver la función, o hasta cuando insiste, de forma precisa, sobre las
relaciones que unen la forma del cuerpo y su actividad funcional, uno se siente
un poco desorientado por la multiplicidad de imágenes que así se evocan.
Si no, veamos: esqueletos, movimientos de
rotación, ondas líquidas, gravedad, viento, tensión de superficie, torsión,
dilatación o retracción paralelas, crecimientos variados, torbellinos,
presiones, etc.; a cada una de las formas que hemos visto está asociada, en
efecto, una cosa que funciona, un funcionamiento [...].
Con las cadenetas, tenemos la
gravedad, eso es, un régimen de fuerzas constantes y paralelas; y con la vela
inflada, que también tiene un perfil de cadenetas, tenemos igualmente un
régimen de fuerzas constantes y paralelas, el del viento regular [...].
Con las espirales logarítmicas y las
superficies espirales, tenemos un fenómeno que se renueva, siempre igual
a sí mismo.
De donde tenemos este segundo punto: ya que
dos o más formas son de la misma especie, puede haber alguna cosa en
común en los correspondientes funcionamientos respectivos [...].
En realidad, todo pronóstico es imposible,
y es indispensable, en presencia de dos funcionamientos que tienen algo en
común, precisar este algo, si es que existe, y determinar los límites con
rigor.
Después de lo que ya hemos dicho, se puede
dudar de cuan peligroso aún puede ser el simple «parecido» (Monod-Herzen, 1956 : 144-145. Véase
fig, 8, que ilustra algunos ejemplos citados).
Analogías
entre fenómenos físicos o realizaciones técnicas y organismos
 Figura 8: (a-b) Hidromedusa,
Polycanna germánica (Haeckel) y la evolución de un torbellino en un
líquido (K. Mack). (c-d) Sistema de geodésicas cruzadas en la pared de
una vorticela, animal acuático unicelular microscópico (Schaefer), y sobre un
cesto japonés.
Figuras tomadas de la obra de É. Monod-Herzen (1956).
De la
riqueza de las formas naturales
La observación de las formas naturales
ofrece un apoyo maravilloso: podemos divisar allí una fuente inagotable de
combinaciones al servicio de la vida. En la admirable obra Growth and Form, de
D'Arcy Thompson, se descubre una riqueza extraordinaria de formas naturales y
el estudio de su crecimiento. ¿Cómo no mencionar también los trabajos de
Monod-Herzen que fue el primero en señalarnos los problemas planteados por esos
delicados y extraños organismos llamados radiolarios?
Ningún arquitecto debiera ignorar el
trabajo del zoólogo Ernst Haecket, un repertorio prodigioso de formas y de
temas de construcción, desde las arborescencias múltiples hasta las redes más
complicadas. Estoy convencido de que el futuro de las estructuras está
encerrado en estos misteriosos arreglos.
La naturaleza nos ofrece un abanico de
secretos que no se revelan más que con mucha paciencia y amor [...] (Le Ricolais, 1935-1969).
La hoja del
nenúfar gigante: arquitectura de nervadura
 Figura 9: Vista interior del Crystal Palace (Palacio
de Cristal) de Londres, construido por Paxton en 1851 para albergar la
Exposición Universal. Notemos los apoyos múltiples que corresponden igualmente
al principio estático de la hoja flotante de la Victoria amazónica, en
cuya construcción se inspira: la hoja no es una estructura que vuela sobre su
tallo, sino toda la superficie de nervadura la que se apoya sobre el agua.
 Figura 10: a) La hoja flotante del nenúfar
gigante Victoria amazónica puede alcanzar diámetros de 2 metros. Debe su
rigidez a las nervaduras radiales y a las nervaduras concéntricas de la cara
inferior, así como al reborde curvado hacia arriba.
b) Nenúfar fotografiado en un
invernadero del famoso Jardín Botánico de Kew, cerca de Londres.
c) Invernadero de techo plisado,
todo de vidrio, construido por el jardinero y arquitecto amateur Sir Joseph
Paxton en Chatsworth, en 1849, Este invernadero, cuyos principios de
construcción se inspiran en la hoja de Victoria amazónica, abrió el
camino a la industrialización en materia de construcciones ligeras. Constituyó la prefiguración del Crystal Palace de
Londres.
Estructura
ósea: arreglo óptimo de la materia
 Figura 11: a) Representación esquemática de
la distribución en la materia ósea en el interior de un fémur humano.
b) Sección de un fémur que hace
aparecer las finas láminas llamadas trabéculas, del hueso esponjoso.
c) Capaz de reaccionar a las
contracciones mecánicas reales (el peso del cuerpo que incide oblicuamente, la
tracción de los músculos, etc.), esta materia se redistribuye constantemente,
orientando los elementos de su estructura a lo largo de las líneas medias de
fuerza (por depósito, por la reducción de materia).
d) Trazado de las nervaduras
llamadas isoestáticas de un plafón de cemento armado, dentro del
Auditorio de Biología de la Universidad de Freiburg im Breisgau, Alemania. El
principio estático retoma una técnica, aplicando este principio de la
distribución «natural» de la materia, que fue patentado por el arquitecto
italiano Pier Luigi Nervi en 1950.
e) La Torre Eiffel (1889) en
Paris debe su sabio «diseño» a un alumno de Culmann, el ingeniero de Alsacia
Maurice Koechlin. Una distribución ideal de la materia garantiza la eficacia
mecánica de la torre de 300 metros: ¡las 7.000 toneladas de acero cabrían
dentro de un cubo de tan sólo 10 x 10 x 10 metros!
Mínimo,
máximo, óptimo
La idea de la «estructura» invade el campo
de nuestros conocimientos. De hecho, más que de la estructura en sí misma,
importa la Estructura de las Estructuras, si se me permite el pleonasmo. Uno ve
dibujada la evolución intelectual en curso, en que la calidad se impone
sobre la cantidad, con el surgimiento de la idea matemática de la
variación.
Ha sido justamente subrayado que la
naturaleza misma de los objetos que consideramos importa menos que sus
arreglos. Y más allá de toda analogía poética, las formas, las substancias, la
vida misma no son más que los resultados de estos arreglos...
La constante de nuestro universo es el
cambio. Nuestra única esperanza de comprehenderla es estudiar lo que permanece
invariable en el curso de este cambio. A través de los siglos, el deseo del
constructor siempre es el mismo; franquear espacios inmensos con materiales
imponderables, es decir, de poco peso. (Le
Ricolais, 1935-1969. En otro lugar —«El deseo del constructor»— se
expresó de forma todavía más punzante: espacios infinitos, peso nulo.)
[...] los autores Stefan Hildebrandt y
Anthony Tromba nos dan una reflexión meditada de la simetría y la regularidad
de las formas y los patrones de la naturaleza. Aunque muchas veces es fácil
verlas, estas formas y patrones no siempre son tan fáciles de explicar. ¿Hay
leyes universales sencillas que nos permiten entenderlas? [...]
Es la historia del desarrollo de la rama de
matemáticas llamada el cálculo de variaciones, que concierne cuestiones de
optimización —hallar formas o patrones que maximizan o minimizan una cantidad
particular. ¿Es el iglú la forma óptima de casa que permite la pérdida mínima
de calor al exterior? ¿Es verdad que las abejas usan la mínima cantidad posible
para construir sus celdas hexagonales? Es más, ¿hay un principio subyacente que
describe la variedad infinita de formas de nuestro mundo?
Estas preguntas no tienen una respuesta
final, pero los científicos continúan explorando la idea de que la naturaleza
se rige por el principio de la economía de medios —-que la naturaleza procede
de la manera más sencilla, más eficaz [...] (Hii.debrandt
& Tromba, 1985. Texto
introductorio de la portada).
Hueso
helicoidal del pitón y la juntura tronco-rama de un árbol: perfiles elásticos
muy resistentes
 Figura 12: a-c) Los diseñadores daneses Rud Thygesen y
Johnny Sorensen supieron dar a este asiento de madera ligereza, solidez y
sobriedad económica, cuidando particularmente el detalle de la inserción del
pie del respaldo en el anillo horizontal del asiento. Imitaron el detalle de la
juntura de una rama en el tronco de un árbol, donde «la naturaleza resuelve
este problema por el arreglo astuto de las fibras y las proporciones justas»
(1981,en J. Beknsen, 1983).
d) El hueso de pterigoideo detrás
de la mandíbula superior del pitón constituye, con el hueso cuadrado, una doble
articulación muy especial que permite a la serpiente ingerir presas de
considerable volumen, en un solo trozo.
e) Plan geométrico de este perfil
helicoidal de tres ramas.
f) Proyecto de sillas en fibra de vidrio y
poliéster, de Fabrice Vanden Broeck (1984). Ciertos detalles, notablemente al
nivel de las junturas pie-asiento y pie-asiento-respaldo, se inspiran en el
hueso pterigoideo donde se ejercitan presiones semejantes.
Nidos de
abejas: mínimo de material, óptimo de resistencia mecánica
 Figura 13: Prototipo de un fajo alveolar para el
sistema de refrigeración de una central térmica (1989). El diseñador Norbert
Linke, de General Electric Plastics, Holanda, acababa de seguir una conferencia
en que uno de nosotros (B. Kresling) había hecho la demostración de la
evolución en el arte de construir de las abejas, desde las celdas sobrepuestas
de las abejas solitarias hasta las celdas en grupo de las abejas sociales.
 Figura 14: a) Principio de agrupamiento de
los alvéolos de las abejas sociales. El fondo común está realzado. Este arreglo
garantiza una excelente relación «economía de material - estabilidad del
conjunto».
b) Técnica de estructura
«sandwich» con adornos planos.
c) Estructura «sandwich» de un
esquí náutico con intercalado tipo nido de abeja (Reflex, Grupo Zodiac,
Francia).
El ala del
murciélago: ¿vuelo de
aleteo o vuelo de planeador?
 Figura 15: A pesar de los problemas de estabilidad de
vuelo que planteaba este invento, «el murciélago» (avión núm. 3) de Clément
Ader (1893-1897), es una obra maestra de ingenio. Construido con «huesos»
vacíos, madera y corcho, el avión pesaba sólo 450 kilos, a pesar de su
imponente envergadura de 15 metros.,.
La
perfección de las conchas
 Figura 16:
Las conchas más antiguas del universo son
las costras de las estrellas que se enfrían [...]. Se les puede comparar con la
cáscara de un huevo: se forman en la superficie de gotas líquidas en
movimiento. En la prehistoria más remota, hace unos 400 millones de años, la
naturaleza viva aprovechó el hecho de que una estructura curva es de 50 a 100
veces más resistente que una estructura plana del mismo grosor. Esto significa
que el envoltorio protector alrededor de los microorganismos frágiles puede o
reducir el gasto de material y de peso, u obtener un grado superior de
protección. Esto ha llevado a una verdadera explosión de la difusión de estas
estructuras en concha [,...]. Concretadas, constituyen las numerosas cadenas de
montañas de nuestra tierra. Los lechos sedimentarios pueden llegar a 1.000
metros de grosor y extenderse sobre centenares de kilómetros.
En toda la naturaleza viva, las conchas son
omnipresentes: la cáscara del huevo, los carapachos quitinosos de los
coleópteros y otros insectos, la caja craneal abovedada, los carapachos
protectores de las tortugas, los picos de las aves y la mayor parte de los
huesos, son estructuras tubulares, y así conchas, tanto como las cañas de
trigo, de maíz o de bambú. Las semillas se protegen con cápsulas de paredes delgadas,
las nueces se engloban en cáscaras coriáceas, y, como dice el dicho, -tiene el
coco duro como una nuez».
La observación más sorprendente que he
podido hacer es que prácticamente todos los pétalos o cálices de flores son
conchas. Sea el pétalo simple de una flor de cerezo, la campana de una digital,
el cáliz de un lirio, de un tulipán o un junquillo del bosque, la forma
compleja de una zapatilla de Venus o de una de las variedades de las
maravillosas orquídeas, todas estas flores son conchas de paredes delgadas con
doble curvatura. Desde el punto de vista de la estática, son muy
refinadas, resistentes a las fuerzas del viento con un mínimo de gasto de
material. Además, tienen tan sólo un punto de apoyo, cosa que todavía no sabe
hacer nuestra técnica de ingeniería. Su diseño muestra una elevación o un
descenso del borde de la concha, el medio más sencillo para reforzar el borde
(y de evitar una pesada viga).
Pienso que las flores —plantas vivaces o
leñosas— no presentan sólo el tipo de concha más frecuente, sino que son
también las de mayor belleza. Ofrecen una perfección suplementaria: son estructuras
cinéticas. Según la necesidad, pueden variar su forma a fin de abrir o
cerrar la flor, o hasta con el fin de ayudar al proceso de la polinización.
Así, vemos que un insecto que penetre en una flor, como la del perrito, dispara
todo un mecanismo por el sencillo cambio de curvatura y profundidad de la
corola. Esta idea todavía no ha hallado una aplicación en el reino de la
construcción. Pero la posibilidad es bien real y la transformación de la forma
podría hacerse sin daño: bastaría desplazar los puntos de apoyo. Nos esperan
innovaciones interesantes [...] (Isi.er, 1989:135-136).
La concha
de Santiago: ondulaciones superpuestas
 Figura 17: a) Dibujo del ingeniero francés Robert Le
Ricolais de la concha de Santiago, Pecten jacobeus. A las ondulaciones
de la válvula curva se añaden finas canalizaciones cuyo número aumenta con el
crecimiento de la concha.
b-c) Le Ricolais aplicó el principio estático de
esta concha —curvas opuestas y ondulaciones cruzadas— a formas cilíndricas como
los soportes y los paneles compuestos (1935). El panel Isoflex, un
sistema de toldos ondulados cruzados, juntados con soldadura, es siete veces
más resistente a la torsión que un toldo ondulado plano.
El
ordenador en la escuela de la naturaleza
El que quiere en nuestros días desarrollar
un nuevo modelo de automóvil, no empieza por intentar penetrar en todos los
secretos del diseño de las carrozas de correo, para continuar por rehacer en su
mente todos los modelos esenciales de la historia del automóvil, y llegar por
fin, con un cierto retraso, al problema en sí. Más bien examinará los mejores
tipos que ofrece el mercado e intentará encontrar en qué puede mejorarlos;
mejora que él introducirá en su propio ingenio, que le da esperanza. Así,
partirá del mejor diseño conocido y comparará su rendimiento con aquél.
Es todavía más sorprendente que se haya
invertido hasta hace pocos años, y con tanta timidez, el money and man-power
(poder monetario y humano) en el estudio del diseño de la naturaleza, al
que no se puede aportar casi ninguna mejora. Claro, el que quiera obtener; por
ejemplo, un taladro de forma óptima, ultraligero, muy duradero, puede buscar
entre montones de huesos o elementos de árboles antes de encontrar —si es que
puede— cualquier cosa de valor para llevar a casa.
La duda de que las cargas de funcionamiento a que está actualmente adaptado el elemento biológico correspondan a las condiciones a las que será sometido el taladro en servicio normal, tal como se prevé, oscureció el ceño del optimista más notorio y lo volvió angustiado. El problema es, entonces, que un elemento constructivo singular (biológico] no puede ser copiado y no es un prét-á-porter; partiendo de aquí, el problema se presenta de otra manera: se trata de crear un método capaz de dar componentes con calidades de ligereza y durabilidad comparables a las del diseño biológico. Con este método, no sería forzoso ir a parar al fémur de un perro, a la garra de un tigre ni al ala de un ave, pero podrían ayudar a diseñar un taladro, ya que ofrecen todas las calidades características de un diseño biológico. Este problema fue resuelto en el KfK (Centro de Investigación Nuclear de Karlsruhe) con el desarrollo del método CAO (Computer Aided Optimization [Optimización Ayudada por Ordenador]). Para dar la prueba de que este método realmente establece este óptimo de una configuración biológica al medio de crecimiento simulado por ordenador, fue verificado en la aplicación de numerosos ejemplos biológicos. Se demostró que se puede simular efectivamente con el CAO tanto la cicatriz dejada por una rama sobre el tronco de un árbol como la configuración de los injertos de rama en un árbol; también se puede simular perfectamente la garra de un tigre o de un oso, las formas de las espinas de las plantas y el proceso de curación de fracturas de hueso, etc. Por eso se ha podido saber que este método CAO es válido para hacer desarrollarse los componentes de máquinas hacia un óptimo biológico (Mattheck, 1992: 14). Los
árboles: modelos para la industria
 Figura 18: a) Formación accidental de un encañizado sobre
un castaño por una rama que suelda tas dos ramas principales.
b-d) El físico Claus Mattheck dio la «tarea» al
lógico del CAO al optimizar un detalle semejante donde dos cilindros se unen
por un travesero y que reciben los mismos requisitos mecánicos que el árbol en
la naturaleza. Las zonas gruesas de anillos de crecimientos corresponden a un
dispositivo que impide la aparición de contracciones excesivas. El aporte de
material en el transcurso del tiempo no es sensible más que a las partes libres
de los troncos y sobre la juntura misma. El lógico, una vez aprendido de los
árboles a optimizar las estructuras, puede prever los fenómenos en otros casos
de figuras: la eficacia del método CAO se verifica y la vista del diseñador se
agudiza...
e-i) Optimización de un anillo de una cadena por
el mismo método de CAO (C. Mattheck, 1992.
FEM: Susanne Burkhardt, Juergen Schaefer).
 Figura 19: El «biodiseño» del Art Nouveau introdujo
formas «vegetales» en la producción industrial por el anhelo de elegancia y de
la apariencia de ligereza. Desde el punto de vista técnico, las construcciones
como los edículos de las estaciones del metro de París (1900) o los muebles de
Héctor Guimard son de tipo «barra y nudo». Gracias a las junturas cuidadas y a
una triangulación sistemática de los elementos, estas estructuras son
mecánicamente mejores que las trazadas con compás. Pero las formas no traducen
realmente las de las plantas, que no conocen tal triangulación más que
accidentalmente (la fotografía muestra la rama de un gran tilo en la avenida de
Foch, París). El detalle de la palangana del emú se aproxima todavía más, sin
duda, a las estructuras metálicas de Guimard. La imitación de estas formas
biológicas no se justifica siempre, sólo en la medida en que se toma en cuenta
el entorno mecánico de la estructura natural (músculos, puntos de apoyo...). La
CAO puede intervenir en estas aproximaciones.
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Sobre l'autor
YVES COINEAU
Zoòleg. Director del Laboratori de
Zoologia del Museu Nacional d'Història Natural de París. Autor de Les invencions
de la Natura i
la Biònica. President de l'Associació per a la Promoció de la Biònica.
BIRUTA KRESLING
Arquitecte. Col·laboradora enterna del
«Working Group Nachtigall» de la
Universitat de Saarbrücken i del Museu Nacional d'Història
Natural de Paris. 1.’
premi ex-aequo «Pantone-Colours» de Disseny Industrial, Londres, 1991.
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