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ARQ (Santiago)

versión On-line ISSN 0717-6996

ARQ (Santiago)  no.94 Santiago dic. 2016

http://dx.doi.org/10.4067/S0717-69962016000300118 

Lecturas

Entomimética:Transferencias al diseño desde la morfología y el comportamiento de los insectos

Alejandro Soffia1  * 

1 Profesor, Universidad Andrés Bello. Santiago, Chile. alejandro.soffia@gmail.com

Resumen:

Más allá de sus características formales, los insectos poseen propiedades físicas que les han permitido adaptarse y sobrevivir en un ambiente hostil. La entomimética busca transferir estas propiedades al diseño, permitiendo que la arquitectura aprenda de aquellos seres vivos que han enfrentado al entorno con sus propias pieles y estructuras. En otras palabras, aquellos seres vivos que portan sus propias arquitecturas.

Palabras clave: biomimésis; optimización; reproductibilidad; sustentabilidad; arquitectura

El escarabajo Onymacris unguicularis vive en el desierto de Namibia donde el agua no es escasa: simplemente no existe. Entonces ¿cómo lo hace para sobrevivir? Su cuerpo presenta una superficie que actúa como un atrapanieblas que, en relación a la brisa marina cercana, produce la condensación necesaria para adquirir el vital elemento. No cabe duda que en un escenario global donde la aridez va en aumento, aquellas estrategias exitosas para acceder al agua dulce serán cada vez más demandadas. Pero así como este escarabajo, existen muchas especies de plantas y animales que presentan formas y comportamientos que les permiten obtener agua de manera exitosa. ¿Qué pasaría si pudiésemos transferir estas formas y comportamientos al diseño de objetos o edificios? Podríamos, por ejemplo, facilitar la vida humana o potenciar la productividad de la tierra en zonas áridas.

Observemos ahora las muchas especies de mariposas que se desenvuelven durante la noche (Suborden Heterocera). Algunos les llaman polillas. Para ellas, la oscuridad es el mejor aliado contra sus depredadores. Así, la mayor parte de su cuerpo es opaco y, en muchos casos, oscuro. Por lo mismo, y para evitar destellos que las puedan delatar, sus ojos (la única superficie brillante de su cuerpo) poseen una microtextura que impide su reflejo para no ser detectadas. Específicamente, la conformación nanométrica de la superficie de sus ojos tiene una textura que absorbe cualquier luminosidad posible. Así permanecen ocultas mientras vuelan en la noche. ¿Qué ocurriría si los componentes constructivos que generan energía o calor a través de la radiación solar ocuparan el mismo principio de absorción de la luz? Probablemente podrían optimizar los rayos solares y producir mucha más energía que la que producen actualmente.

Ambos casos, escarabajos (Orden Coleoptera) y mariposas (Orden Lepidoptera), pertenecen a la subclase de los hexápodos, pero quizás son las expresiones morfológicas más distintas dentro del mismo taxón1 (Figura 1). Estos casos poseen formas o comportamientos que pueden resolver los mismos problemas de diseño a los que nos enfrenta el paradigma del desarrollo sostenible. Si bien la observación de los componentes de la naturaleza no es un fenómeno reciente, el enfoque contemporáneo de lo que se ha llamado biomimética o biomímesis concentra su mirada en formas, comportamientos o fenómenos de la naturaleza que optimizan sus recursos, atenuando un impacto negativo en ella. Luego, aquello que es observado en su estado natural (o lo que podemos entender como referente biológico), debe transferirse tecnológicamente al diseño mediante principios físicos, formas o desempeño.

GAY, Claudio. Atlas de la Historia Fisica y Politica de Chile. Paris, Imprenta de E. Thunot y C°, 1854. Lámina Nº19.

Figura 1: Dibujos de una serie de especies de escarabajos y sus componentes. 

La biomimética opera no sólo en base a organismos vivos, sino también a fenómenos abióticos. Es decir, toma como fuente de transferencia al conjunto de elementos que conforman nuestra biosfera. Sin embargo, centraré la mirada en el taxón de los insectos, pues ha demostrado ser el grupo más exitoso en términos evolutivos y, en el desarrollo reciente de la biomimética, no sólo conforman el mayor número de transferencias realizadas a la fecha (Bushan, 2009) sino que además son la fuente más extensa de referencias biológicas entre las cerca de un millón de especies descritas para nuestro planeta.

Según el sistema de clasificación taxonómica, llamaremos "entomimética"22 a la transferencia tecnológica que se base en la observación de la morfología o el comportamiento de los insectos. Los campos en que esta puede aportar al diseño son distintos. Por ejemplo, los componentes del edificio podrían ser indicadores cuantitativos del beneficio de la estrategia biomimética en el cuerpo construido (medible a nivel de masa al menos), lo que nos permitiría decir que la adaptación del insecto 'x' afectó positivamente a un porcentaje 'y' del edificio. Para el caso de las termitas bioclimáticas, la influencia del sistema de ventilación incide estructuralmente en gran parte del Eastgate Center de Mike Pearce en Harare, Zimbawe (Figura 2) (Figura 3). Se ha calculado que el consumo de energía del edificio disminuyó 90% en relación a edificios de similar morfología.

Concepto: Alejandro Soffia; Dibujo: Leonardo Suárez

Figura 2: Isométrica cortada de un termitero de Macrotermes michaelseni, donde se pueden observar los distintos elementos que componen su sistema de ventilación. 

Concepto: Alejandro Soffia; Dibujo: Leonardo Suárez

Figura 3: Ilustración que grafica las tres escalas que componen el fenómeno adaptativo del termitero de Macrotermes michaelseni. En el hexágono superior se puede apreciar la exposición de la estructura a la radiación del sol y el viento, y la conducción de temperatura en el suelo. En el hexágono inferior izquierdo, un aumento para observar los componentes de la estructura de un termitero. En el último hexágono, un aproximación aún mayor para observar los conductos de aire que alojan el intercambio con aire fresco del exterior del termitero. 

Una transferencia tecnológica orientada al diseño (a partir de la observación de una morfología o comportamiento de un insecto) también puede ser medida por el grado de abstracción formal que permite su reproductibilidad técnica con los medios existentes. Así, habría productos más abstractos, cuya función quedaría desprendida de su forma originaria, y otros productos en los que podría existir una coincidencia formal entre morfología o comportamiento del insecto y forma o desempeño del producto. En este segundo caso, la mayoría de las transferencias realizadas consisten en replicar las microestructuras responsables de las virtudes de determinado fenómeno de adaptación en un insecto. Por ejemplo, 'escamas digitales' es la reproducción en una escala microscópica de la escama de una mariposa, transformándose en un pixel; se replican anchos, largos, altos y materialidad para lograr efectividad en la producción de un haz de color (Figura 4) (Figura 5).

Concepto: Alejandro Soffia; Dibujo: Leonardo Suárez

Figura 4: Ilustración que grafica las tres escalas que componen el fenómeno adaptativo de las mariposas Morpho. En el hexágono superior se puede apreciar la composición por escamas de las superficies del ala de una mariposa cualquiera. En el hexágono inferior izquierdo, un aumento para observar la superposición de escamas de suelo bajo escamas de vidrio en el género Morpho. En el último hexágono, una aproximación aún mayor para observar una isométrica cortada del espesor de una escama de suelo. Allí se puede observar una microestructura que replica la superposición de superficies para multiplicar la luz incidente. 

Concepto: Alejandro Soffia; Dibujo: Leonardo Suárez

Figura 5: Isométrica explotada que grafica el fenómeno de multiplicación de la luz solar sobre el ala de una mariposa Morpho. Leyenda: 1. Escamas superiores de vidrio; 2. Escamas inferiores de suelo; 3. Dirección de la luz incidente; 4. Reflexión de la luz; 5. Múltiples superficies que componen la escama de suelo. 

En los productos donde la transferencia es más abstracta, en cambio, lo que se transfiere son principios físicos como por ejemplo la condensación del agua en el caso del escarabajo atrapanieblas (Figura 6) (Figura 7) (Figura 8). Desde este punto de vista, las escamas digitales transfieren el principio físico de la reflectancia, pero para lograrlo requieren la reproducción de una microestructura mecánica morfológicamente muy similar al componente del referente biológico. Sin embargo, en el escarabajo atrapanieblas, el principio físico de la condensación - transferido a los invernaderos de Seawater Greenhouses - prescinde absolutamente de su forma y no necesita reproducirla.

Concepto: Alejandro Soffia; Dibujo: Leonardo Suárez

Figura 6: Ilustración que grafica las tres escalas que componen el fenómeno adaptativo del escarabajo Stenocara dentata. En el hexágono superior se puede apreciar la disposición contra la brisa marina que adopta el volumen ovalado del insecto. En el hexágono inferior izquierdo, un aumento para observar la textura granulosa de sus élitros, que multiplica la superficie de roce, y atrapa las gotas de agua con sus cimas hidrófilas. En el último hexágono, un aproximación aún mayor para observar la textura de las superficies de las concavidades presentes en los élitros. En esta escala las cimas son hidrofóbicas por lo tanto favorecen la circulación del agua capturada. 

Concepto: Alejandro Soffia; Dibujo: Leonardo Suárez

Figura 7: Isométrica cortada a través del eje longitudinal de un escarabajo de la familia Tenebrionidae, que muestra la diferencia de temperatura entre el exterior y el exoesqueleto del insecto. Leyenda: 1. Exoesqueleto; 2. Superficie granulosa propia del Stenocara dentata presente en su abdomen; 3. Dirección de la brisa marina; 4. Proyección de la posición de las patas que permiten la inclinación del abdomen, que recibe el agua.  

Concepto: Alejandro Soffia; Dibujo: Leonardo Suárez

Figura 8: Corte esquemático que muestra el proceso de captura del agua. Leyenda: 1. Gotas de agua provenientes de la brisa; 2. Dirección del viento; 3. Fusión de gotas de agua; 4. Concavidad hidrofóbica del élitro del escarabajo Stenocara dentata; 5. Convexidad hidrófila. 

Referentes

BALL, Philip. "Life's lessons in design". Nature. Vol 409 (January, 2001). [ Links ]

BONABEAU, Eric; Deneubourg, Jean Louis; Theraulaz, Guy. "Insectos Arquitectos, ¿nidos grabados en la cabeza?". Mundo Cientifico 198 (Diciembre, 1998):38-44. [ Links ]

BUSHAN, Bharat. "Biomimetics: lessons from nature - an overview". Philosophical Transactions of the Royal Society, Vol 367, nº 1893 (2009):1445-1486. [ Links ]

HANSELL, Michael. Animal architecture and building behavior. London; New York: Longman, 1984. [ Links ]

KINOSHITA, Shuichi; Yoshioka, Shinya; Fujii, Yasuhiro; Okamoto, Naoko. "Photophysics of Structural Color in the Morpho Butterflies". Forma 17 (2002):103-121. [ Links ]

KORB, Judith; Linsenmair, Karl. "Ventilation of termite mounds: new results require a new model". Behavioral Ecology. 11, 5 (2000):486-494. [ Links ]

PARKER, A.; Lawrence, C. "Water capture by a desert beetle". Nature 414 (2001):33-34. [ Links ]

TORO, H.; Chiappa, E.; Tobar, C. Biologia de Insectos. Valparaíso: Ediciones Universitarias de Valparaíso, 2009 (2003). [ Links ]

VIDAL, Pedro; Guerrero, Marcelo. Los tenebrionidos de Chile. Santiago: Ediciones Universidad Católica de Chile, 2007. [ Links ]

Vincent, J; Mann, Darrel. "Systematic technology transfer from biology to engineering". Philosophical Transactions of the Royal Society, Vol 360, nº 1791 (2002):159-173. [ Links ]

VUKUSIC, P. et al. "Quantified interference and diffraction in Morpho butterfly scales". Proceedings of the Royal Society (1999) 266, 1403-1411. [ Links ]

1Taxón corresponde a cada una de las categorías ordenadas jerárquicamente que agrupan a los organismos vivos según sus características morfológicas. De esta manera, orden y clase son categorías, pero clase asocia una menor cantidad de características comunes y, por lo tanto, una mayor cantidad de especies. En tanto, orden incluye a organismos que comparten muchas características morfológicas y, en consecuencia, es un grupo más pequeño en especies. Orden, en conclusión, subyace jerárquicamente a clase.

2Del griego Entomos, insecto y mimēsis, imitación.

3A taxon corresponds to each of the hierarchically ordered categories that group living organisms according to their morphological characteristics. Thus, order and class are categories, however class associates a smaller amount of common characteristics and, therefore, a greater quantity of species. Meanwhile, order includes organisms that share many morphological characteristics and, consequently, is a smaller group in species types. To sum up, order ranks below class hierarchically.

4From the Greek Entomos, insect and mimēsis, imitation.

* Alejandro Soffia Arquitecto, Pontificia Universidad Católica de Chile, 2004. Magister en Arquitectura, Pontificia Universidad Católica de Chile, 2011. Cofundador de la Cooperativa uro1.org (2000-2008). Trabaja de forma independiente en temas como la optimización material, las bajas tecnologías y la prefabricación. Su obra y escritos han sido publicados y seleccionados en bienales, revistas y libros en Chile y el extranjero. Actualmente es Profesor en la Universidad Andrés Bello, Universidad Central, y la Pontificia Universidad Católica de Chile.

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