Esta nota corresponde al Número 39 -
Nov/1997 de la Revista Gerencia
Ambiental
Mirando sobre el hombro de la
naturaleza
Reporte anual de Medio Ambiente de
Lufthansa.
Científicos estadounidenses y alemanes
descubrieron que algunas cualidades de los animales podían ser aplicadas a la
aeronavegación. Airbus Industrie y Lufthansa son las primeras empresas que en
sus pruebas de vuelo están implementando algunos de estos diseños de
avanzada
Probablemente, no haya otro campo en el que la madre naturaleza ayude tanto
al hombre como en la aeronavegación.
En 1889 Otto Lilienthal comentaba:
"Un aparato volador que pretenda ser efectivo, ahorrando el mayor trabajo,
deberá asemejarse en su forma y proporciones exactamente a las alas de los
pájaros más grandes y de buen volar".
Cada vez es más frecuente que los
ingenieros imiten a la naturaleza en busca de soluciones a los problemas
técnicos. Este reciclaje de ideas ha devenido en la ciencia biónica, término
inventado por James Steele, ingeniero y oficial de la US Air Force.
En la
capacidad de las plantas y animales de adaptarse a las más variadas condiciones
ambientales, el hombre encontró la respuesta para mejorar sus
tecnologías.
Es así que, una de las líneas evolutivas fueron los ojos
facetados de los insectos. Estos tienen la posibilidad de ver prácticamente todo
alrededor de sí mismos sin tener que girar la cabeza. Por esta cualidad, las
moscas son tan difíciles de atrapar.
Entretanto, el hombre intenta copiar
algunas de las características del reino animal a través de la técnica
ensayo-error. Esta tarea se le asignó a la ingeniería moderna, que debe aprender
de la naturaleza mucho más que sólo la metodología.
En este campo, los
murciélagos son el ejemplo vivo ideal para estudiar los sonidos. Estos animales
disponen de sensores especiales de ultrasonido. Dado que los sonidos agudos o
graves tienen una reflexión diferente según la superficie en la que inciden, el
"eco" de estos tonos es lo que los animales analizan. Con el ultrasonido y el
radar, el ser humano adquirió recientemente la misma habilidad, aunque sólo
gracias a la ayuda masiva de las computadoras.
El murciélago es solamente
una muestra de la alta tecnología en la naturaleza. En otro ámbito, los delfines
poseen un método de posicionamiento subacuático de sonido que les permite
direccionar su nado. El luvio del Nilo es técnicamente más avanzado aún. Es
capaz de orientarse en las aguas turbias, generando alrededor de sí un campo
eléctrico. En caso de que éste sea deformado por piedras, plantas y presas, la
anomalía es detectada con la ayuda de 4.000 receptores en su piel.
Una
óptica tangencial
A menudo, es suficiente con observar los hechos
cotidianos bajo otra óptica para descubrir fenómenos sorprendentes. Por ejemplo,
un árbol además de ser un organismo vivo tiene el diseño perfecto para soportar
toneladas de nieve acumulada. En términos técnicos cada ramificación es como una
muesca en una madera y con ello un punto débil permanente.
El profesor
Claus Matteck, físico y experto en detección de daños, investigó este tema en
profundidad. Junto a sus colaboradores analizó 10.000 árboles descubriendo el
truco de diseño que transforma sus debilidades en fortalezas.
Estos
resultados fueron incorporados en el Computer Aided Optimizacion (CAO), un
programa de computación que indaga las cualidades de productos desde la patilla
de un anteojo hasta un árbol de leva. Gracias a estos estudios, ciertas piezas
constructivas que se rompían rápidamente duran hasta cien veces más.
Otro
ejemplo de diseño perfecto son los panales de abejas. La celda de sección
hexagonal brinda la mejor posibilidad de dividir el espacio, permitiendo un
máximo de ahorro de material.
Esta ventaja fue adoptada por los
ingenieros aeronáuticos en la búsqueda de ahorrar peso en los aviones. El piso
de la cabina de una aeronave se compone en principio de tres capas: la inferior
y la superior son de material plástico reforzado con fibra de vidrio. Es en la
capa intermedia de apoyo donde se aplicó la estructura de panal de abejas. A
diferencia de las otras dos, esta posee una placa plástica ultraliviana llamada
Honeycomb, con la que se logró disminuir el peso neto del avión.
La mayor
parte de elementos realizados de materiales compuestos con fibras tienen esa
estructura, tanto el morro del radar como el timón lateral del Airbus. Ello
permite aliviar el peso y en consecuencia ahorrar
combustible.
Cuestión de piel
Una manera de reducir el impacto
ambiental podría ser el uso de piel de tiburón en los aviones. Los científicos
constataron que estos cetáceos nadan más rápido de lo que en realidad les
permitiría la forma de su cuerpo y su fuerza impulsora.
La clave a la
incógnita se encuentra en unas líneas longitudinales muy delgadas en la piel del
pez que canalizan la corriente en la capa de contacto, reduciendo la resistencia
por fricción.
Las compañías Airbus Industrie y Lufthansa se abocaron a
estudiar si este mecanismo sería una manera factible de reducir el consumo de
combustible de los aviones. Con este fin, la empresa americana 3M desarrolló
Riblet, una película delgada provista de un fino perfil aserruchado con la que
se cubrieron diversas partes de un A 320 de Lufthansa con algunos metros
cuadrados.
Durante un año se efectuaron ensayos de resistencia de la
película, verificando si el perfil de tan sólo 0,2 milímetros se llenaba de
suciedad o si se erosionaba con el agua y las partículas de
polvo.
Entretanto, a través de ensayos del canal de viento, se constató
que estas películas reducen la resistencia por fricción en un seis a un ocho por
ciento. De manera que se podría lograr un ahorro importante de combustible en un
avión de larga distancia provisto de esta piel de tiburón.
Además, Airbus
Industrie realizó pruebas de vuelo con un A 320 provisto de Riblets en sus
timones laterales. El próximo paso previsto es operar en vuelos comerciales
regulares con un A 340 de cuatro turbinas con su fuselaje parcialmente
recubierto con la película.
Pero existe otra forma más de disminuir la
resistencia inducida de un ala. El secreto de volar radica en que por la
curvatura de un plano como la del ala de un pájaro se genera una baja presión y
en la cara inferior se produce una presión inversa. En el extremo del ala, la
compensación de presión produce un remolino marginal que roba energía. En un
avión representa aproximadamente un tercio de la resistencia total.
Gracias a los extremos hábilmente abanicados de sus alas, las aves son
capaces de transformar una parte de la energía del remolino en impulso. A pesar
de estos avances, aún no se puede preveer si alguna vez será posible traducir
ese ejemplo a un avión. Sin embargo, los científicos de la Universidad Técnica
de Berlín encontraron rápidamente una aplicación de este concepto. Construyeron
un concentrador de energía eólica y un molino de viento que, siguiendo el mismo
principio, concentra una parte de la energía en el centro del rotor accionando
allí un generador de gran velocidad y logrando gran
efectividad.
Prácticamente, no hay área alguna de la técnica en la que la
naturaleza con su gran imaginación no le pueda brindar al hombre ayuda para el
desarrollo. En el caso del aprovechamiento de la energía solar, se podría
aplicar la fotosíntesis de las plantas. El hidrógeno podría producirse no sólo
por electrólisis sino también, en forma más económica y efectiva, por bacterias
púrpura. Las biomoléculas de bacterias nos podrían proveer de células de
materiales combustibles nuevos para generar energía eléctrica fría a partir del
hidrógeno y del oxígeno.
La diversidad de especies de la naturaleza es en
ese sentido una enorme reserva de ideas, que con cada especie extinguida se
diluye cada vez más. Sin embargo, la biónica requiere de un poco de escepticismo
científico. Pues el hombre siempre vuelve a tener ideas geniales como la rueda,
que carecen de cualquier ejemplo natural.
En la imaginación humana se
verifica una y otra vez la experiencia de Lilienthal. El estaba tan convencido
de que el vuelo de las aves era el fundamento total del arte de volar, que pasó
por alto completamente el desarrollo de la hélice como mecanismo
propulsor.
Ideas que ante su obviedad necesitan del cambio de siglo para
ser efectivamente descubiertas.