Rumbo al cosmos (37 page)

Imagen: Un robot capaz de trepar por superficies totalmente lisas como un vidrio de ventana, basado en la imitación del gecko. (
Foto: MIT
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Aplicaciones espaciales

Centrándonos ya en el terreno de las aplicaciones espaciales, uno de los últimos desarrollos con éxito financiados por la ESA ha sido el de un mecanismo de taladrado capaz de profundizar hasta dos metros en el suelo con un consumo de tan sólo 2 vatios, una mínima fracción de lo que consumen los sistemas de taladro habituales de tipo rotatorio. El nuevo sistema ha sido desarrollado inspirándose en el ovopositor de la avispa de la madera o avispa barrenadora, que perfora agujeros en la corteza de los árboles para depositar allí sus huevos. Basándose en los estudios de dicho mecanismo ovopositor de la avispa, los ingenieros han desarrollado un taladro que no actúa de forma rotatoria como los convencionales, sino que está formado por un par de valvas dentadas que oscilan arriba y abajo en movimientos opuestos, con una geometría y movimientos perfectamente estudiados de modo que con muy pequeña energía se va profundizando en el agujero y al mismo tiempo extrayendo el material de desecho. La consecución de un sistema como éste, de gran simplicidad y mínimo consumo, tiene enorme importancia en aplicaciones de exploración espacial, donde el consumo energético es vital por su influencia en el peso y coste de la misión, así como por su relación con el número máximo de equipos que pueden incorporarse al vehículo.

Imagen: Mecanismo de taladrado de bajo consumo desarrollado por la ESA basado en el mecanismo ovopositor de la avispa de la madera. (
Imagen: ESA
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Pero el taladro basado en la avispa no es más que un ejemplo: en los departamentos de biomimética y estudios avanzados de las principales agencias espaciales del mundo, las ideas y proyectos en marcha se cuentan por decenas. El estudio de las semillas de arce, por ejemplo, con su “hélice natural” que les ayuda a caer del árbol como con paracaídas, es una fuente de inspiración para posibles sistemas de frenado durante la reentrada en planetas con atmósfera. Y el cardo ruso, que forma esas bolas de ramas secas que vemos rodar empujadas por el viento en las películas ambientadas en el desierto americano (técnica adoptada por la naturaleza para extender sus semillas a enormes distancias), también está sirviendo como posible inspiración para sistemas de desplazamiento de sondas de superficie que aprovecharían los vientos para desplazarse a nuevos lugares donde investigar, con un sistema de locomoción simple, ligero y sin consumo energético.

Imagen: Sistema de desplazamiento pasivo bajo el efecto del viento basado en la observación del cardo ruso, otro novedoso desarrollo de la Agencia Espacial Europea. (
Imagen: ESA
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Hasta ahora hemos visto ejemplos de aplicaciones de la biomimética a gran escala, que son sin duda las más llamativas, pero si descendemos a escalas mucho más pequeñas, las aplicaciones de la biomimética se multiplican: podemos hablar, por ejemplo, del desarrollo de sensores de luz, humedad o diferentes gases, basados en los mecanismos de detección utilizados por algunos animales, insectos o plantas; o de la investigación en microactuadores capaces de realizar pequeños movimientos con un mínimo coste energético, basándose en mecanismos naturales como puede ser el sistema que permite a ciertas plantas carnívoras cerrarse en décimas de segundo para atrapar a un insecto que se posa sobre ellas; por no hablar del estudio del cerebro humano de cara al perfeccionamiento de futuros sistemas de cálculo e inteligencia artificial… Cuando se trata de aplicaciones muy concretas a pequeña escala, el potencial de la biomimética crece hasta extremos casi inimaginables.

Un trabajo para científicos e ingenieros

En la investigación en biomimética, la estrecha colaboración entre científicos e ingenieros es imprescindible: en una primera fase, es el científico (o a menudo “los científicos”, ya que suele involucrarse a expertos en diferentes áreas de la ciencia, como biólogos, químicos, físicos…) el que estudia en profundidad el mecanismo natural para llegar a comprender su funcionamiento hasta el más mínimo detalle. Y es después, cuando ya se ha comprendido la forma en la que la naturaleza resuelve un determinado problema, cuando entran los ingenieros para analizar cómo pueden incorporar esos conocimientos en nuevos desarrollos tecnológicos, los cuales pueden tener unas aplicaciones que en ocasiones sean muy diferentes a las que se encuentran en el medio natural…

Pero en la práctica, conseguir esto es mucho más complicado que decirlo. No sólo resulta difícil en ocasiones llegar a entender en profundidad el mecanismo desarrollado por la naturaleza, basado a menudo en sutiles interacciones entre multitud de mecanismos dentro del ser vivo. Pero es que, además, si se consigue llegar a descifrar esa intrincada interrelación de sistemas con los que el organismo biológico resuelve ese determinado problema, a menudo nos encontramos después con que reproducir eso en una máquina puede resultar poco menos que imposible o, al menos, poco práctico. “
El precio que pagamos por la complejidad a pequeñas escalas es mucho mayor que el que paga la Naturaleza
”, expresa el ingeniero de Mark Cutkosky de la Universidad de Stanford, desarrollador de un pequeño robot que intenta reproducir la habilidad del gecko para trepar por superficies verticales perfectamente lisas. Y es que lo que la Naturaleza puede quizás resolver con unas cuantas células especializadas agrupadas en un pequeño órgano, transformado a una máquina puede en ocasiones requerir una complejidad, un volumen, un peso y/o un coste que lo hagan prácticamente inviable en la práctica.

Por ello, una de las primeras preguntas que se hace el ingeniero de biomimética cuando se encuentra ante los mecanismos descubiertos por sus colegas científicos es: ¿cuáles de estos mecanismos son la verdadera clave para resolver el problema? ¿cuáles son realmente útiles para su incorporación en una máquina? ¿puede existir alguna aplicación alternativa de alguno de esos mecanismos para resolver un problema diferente al que se resuelve en la naturaleza? Aislar y simplificar, después de una profunda reflexión para llegar a ENTENDER, con mayúsculas, son las primeras acciones que debe realizar el ingeniero de biomimética. Una vez aisladas y simplificadas al máximo las principales características de interés, vendrá el momento de intentar reproducirlas de forma sencilla… y de buscarles una aplicación práctica. Como el taladro que nos ayudará a explorar nuevos planetas a partir del aguijón de una pequeña avispa…

Diciembre 2008

Desde el pasado mes de enero, la sonda norteamericana Messenger se encuentra por las inmediaciones de Mercurio, comenzando a ahondar en los secretos que este pequeño planeta ya revelara a la Mariner 10 entre 1974 y 1975.

Al igual que en aquella ocasión, la sonda no está en órbita alrededor del planeta (de momento), sino que recorre una órbita alrededor del Sol que la aproxima a Mercurio en cada revolución, permitiendo pasadas cercanas durante las cuales se llevan a cabo los objetivos de la misión. Pero las semejanzas entre Messenger y Mariner 10 no acaban en el planeta visitado y en la órbita utilizada (condicionada ésta por razones energéticas y de mecánica orbital, como veremos más adelante), sino que, como se hiciera en su día, la sonda está utilizando la presión de radiación solar como ayuda para llevar a cabo ciertas maniobras, utilizando sus paneles solares como velas y ahorrando así una preciosa cantidad de propulsante. Y también en ambas ocasiones se ha tratado de procedimientos desarrollados “sobre la marcha”, no previstos inicialmente en el diseño de la misión.

Mariner 10: el dios Sol al rescate

En 1974, fue el resultado de una necesidad imprevista lo que daría lugar al primer uso práctico de la presión de radiación solar para propulsar a un vehículo espacial: en ruta hacia Mercurio, un problema surgido con el sistema de control de actitud de la sonda (el encargado de mantenerla en la orientación precisa a lo largo de su trayectoria) dio como resultado un gasto excesivo del propulsante almacenado para dichas maniobras. El problema era grave, pues el agotamiento de estas reservas podía dar al traste con los objetivos de la misión, al impedir la orientación precisa para llevar a cabo las maniobras finales encargadas de acercarla a Mercurio, además de amenazar el correcto apuntado de la antena hacia la Tierra. Aunque no se había llegado al vaciado completo de los tanques, su contenido había disminuido drásticamente, lo que podía significar un final prematuro de la misión científica, salvo que se encontrase alguna forma de racionarlo para permitir llevar a cabo la totalidad de la misión.

Imagen: La sonda Mariner 10, representada aquí a su paso por las inmediaciones de Venus, camino de Mercurio. (
Imagen: NASA
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La respuesta estaba en el Sol: su luz incidiendo sobre los paneles solares de la Mariner 10 podría aprovecharse como el viento que hincha las velas de un barco. Parece increíble, pero la luz ejerce una presión. No hablamos del viento solar (el conjunto de partículas elementales lanzadas por el Sol al espacio), que también ejerce una presión, pero de magnitud muy inferior; hablamos de los fotones, esas partículas sin masa encargadas de “transportar” la luz. Ellas también ejercen una presión. Y es que lo de partículas sin masa es relativo… ya sabemos que, de acuerdo a la ecuación de Einstein, masa y energía están directamente relacionadas, son dos manifestaciones de una misma realidad. Así, esas partículas intangibles que nos permiten ver el mundo a nuestro alrededor, se comportan como un tenue viento capaz de alterar el rumbo o la orientación de un cuerpo que flota libremente en el espacio, especialmente si este cuerpo cuenta con grandes superficies sobre las que este flujo solar pueda actuar.

La presión de radiación solar es un efecto apreciable, aunque nos parezca increíble; sin ir más lejos, es la principal fuente de perturbaciones externas en satélites terrestres de órbita alta (geoestacionarios, por ejemplo) o en sondas interplanetarias. Si ya en la Tierra podemos notar sus efectos sobre nuestros satélites de comunicaciones, es fácil imaginar que en Mercurio, mucho más cerca del Sol, su influencia será notablemente superior. De hecho, su intensidad varía con el cuadrado de la distancia al Sol, así que su intensidad en Mercurio es casi 5 veces superior a la que tiene en las inmediaciones de nuestro planeta.