Emmanuelle Pouydebat - 60 inventos que nos cambiaron la vida

¿Cómo circular a gran velocidad sin ruido gracias al pico del martín pescador ( Alcedo atthis ) y a las plumas del búho chico ( Asio otus )? El Shinkansen (literalmente “nueva línea interurbana”) es el tren de alta velocidad de Japón, pionero de la alta velocidad ferroviaria en la década de 1960, y puede alcanzar los 320 km/h. Ahora, la prioridad de las compañías ferroviarias es lograr la reducción del ruido y el aumento de la velocidad, que podría llegar a los 350 km/h en algunos trenes. El problema es que esos dos objetivos parecen incompatibles: cuanto más rápido corre un tren, más ruido hace. Además, el Shinkansen, que ya superó hace tiempo las normas acústicas, pasa por muchas ciudades japonesas y por muchos túneles muy estrechos: al atravesarlos se producen ondas de choque, enormes explosiones sonoras y una compresión del aire que disminuye, a veces, la velocidad. La sucesión de túneles provoca molestias en los oídos de los viajeros, por una parte, y, por la otra, en los lugareños, que perciben una fuerte detonación cada vez que sale un tren.

De modo que el desafío es muy grande. Afortunadamente, se pudo contar con la naturaleza y sus tesoros, y con un ingeniero ferroviario amante de los pájaros. Eiji Nakatsu se preguntó por qué ese tren de alta velocidad hacía tanto ruido al pasar por los túneles, cuando un martín pescador podía mantener una alta velocidad de picada para hundirse luego a un metro de profundidad en el agua y capturar peces sin producir la menor salpicadura. Para este ingeniero-ornitólogo, tanto el tren como el pájaro sufren una resistencia repentina e importante relativamente cercana, aunque con una evidente diferencia de tamaño: el martín pescador atraviesa la superficie del agua sin daños colaterales por su pico largo y afilado, que le permite pasar fácilmente del aire al agua, más resistente, a pesar de un significativo cambio de presión. Gracias al martín pescador, se pudo resolver una complicación importante: el cambio de presión que experimenta un Shinkansen. Se recalculó y se modificó entonces el diseño del TGV japonés inspirándose en el pico del martín pescador: ¡la nariz del tren imita la forma de la cabeza y del pico del pájaro! Resultado: el Shinkansen es más aerodinámico, necesita 15 % menos de consumo eléctrico y se desplaza 10 % más rápido que antes.

Ahora, cuando un tren de alta velocidad sale de un túnel, ya no hay explosiones, y tanto las vibraciones, como el ruido son mucho menos molestos para los pasajeros. (9) Los ingenieros japoneses también se inspiraron en un búho para reducir el ruido ocasionado por los rozamientos de los pantógrafos (dispositivos articulados mediante los cuales el tren capta la corriente en los cables eléctricos, la catenaria). En efecto, los nuevos pantógrafos de los japoneses imitan la estructura dentada de las plumas del búho chico. Estos pájaros vuelan en silencio gracias a la anatomía de sus plumas y a la estructura de sus alas dentadas, que rompen las turbulencias y, en consecuencia, disminuyen el ruido. Esta estructura dentada se aplicó a los pantógrafos de los trenes de alta velocidad para reducir el ruido de las corrientes de aire. También se usa esta estructura en los reactores de aviones Boeing para reducir el ruido de los reactores. De este modo, todos ganan gracias a la interdisciplinariedad entre la naturaleza y la innovación…

Los animales saben adaptarse cuando están heridos. Lo hemos comprobado en los chimpancés ( Pan troglodytes ) de Uganda, que sufren de diversas discapacidades más o menos graves después de haber sido víctimas del furtivismo indirecto. En efecto, a veces caen en trampas destinadas a la fauna cazada y pueden sufrir diversos traumatismos, como dedos amputados, e incluso manos y pies enteros. Pero a pesar de esa discapacidad, logran alimentarse como antes, porque se siguen desplazando en el medio forestal y eligiendo emplazamientos fructíferos para nutrirse. (10) Sin llegar tan lejos como África, un perro amputado casi siempre es absolutamente capaz de seguir corriendo y saltando. La herida más o menos grave lleva al animal a probar diversos movimientos y desplazamientos, y luego, a seleccionar los que son posibles a pesar de la herida y la minusvalía.

Esta capacidad de algunos animales para adaptarse y moverse a pesar de la herida inspiró a algunos investigadores franceses para crear un robot resiliente, capaz de reaprender automáticamente a caminar después de haber sufrido daños. (11) ¡Imaginemos un robot de seis patas que reaprende a caminar con una pata estropeada y sin una pata! ¿Cómo lo haría? Actuando como los animales heridos. El robot crea una especie de menú de las miles de maneras diferentes de realizar su tarea. Si está averiado, genera un algoritmo de aprendizaje para hallar un comportamiento de compensación. Dicho de otro modo, escruta ese menú y prueba diferentes acciones que podrían funcionar. Si una acción no funciona, el algoritmo la elimina y genera un intento diferente. ¡Si tiene una pata cortada en dos, el robot necesitará solo dos minutos para encontrar una manera eficaz de desplazarse! Un hecho muy interesante es que el algoritmo utilizado para llevar a cabo esa hazaña está dividido en dos etapas: la creación del menú de maneras de realizar la tarea y la adaptación a la nueva situación. Este tipo de algoritmo, que busca las soluciones más eficaces, se inspira directamente en la teoría darwiniana y en la “supervivencia del más apto”. La biología y la robótica están íntima y magníficamente relacionadas y producirán inevitablemente muchos descubrimientos.

Las aplicaciones de este trabajo son particularmente provechosas, porque este tipo de robot autónomo, robusto y eficaz se podría usar para buscar sobrevivientes de catástrofes naturales o en conflictos mortales, por ejemplo. Los robots no autónomos no servirían en estos casos específicos, porque dejan de funcionar una vez dañados. A la inversa, los robots resilientes, robustos y reparables podrían volver a partir en busca de víctimas después de sufrir un choque o una mutilación debidos a la situación (derrumbe, bala perdida, etc.).

¿Cómo pudieron inspirar los rendimientos hidrodinámicos del improbable pez cofre a los diseñadores de automóviles? El pez cofre amarillo ( Ostracion cubicus ) tiene forma de cubo. (12) Difícil imaginar algo menos aerodinámico. Pero el hecho es que ese pez posee un exoesqueleto rígido que realiza virajes de 180 grados en el lugar, a gran velocidad y deslizándose muy fácilmente en su medio natural de arrecifes. Estas capacidades le llamaron la atención a un famoso constructor de automóviles, que decidió fabricar un auto inspirado en ese pez: el Bionic Car. (13) Este Mercedes-Benz Bionic es un prototipo creado por DaimlerChrysler AG, del grupo Mercedes. El objetivo era, entre otros, reducir la masa del vehículo y el consumo de combustible produciendo una fuerte aceleración. Se logró ese objetivo: a pesar de su bajo consumo, el prototipo permitía llegar a 100 km/h en ocho segundos. La resistencia y la agilidad del auto aumentaron mucho y el Bionic Car consumía 20 % menos de combustible que un auto del mismo tipo.

Lamentablemente, el Bionic Car nunca se comercializó, entre otras cosas, probablemente por razones estéticas. De todos modos, todavía no sabemos qué características exactas hacen que esos peces sean tan buenos nadadores. Su desempeño esconde muchos misterios y permite entrever interesantes descubrimientos, tanto biológicos como innovadores. Por ejemplo, existen bancos de gran número de peces que saben desplazarse evitando las colisiones. Esto puede inspirar objetivos de evitación de colisiones entre elementos que se desplazan en forma autónoma, como los autos del futuro que podrían evitar obstáculos, etc. Al parecer, el grupo Nissan está muy interesado en estos mecanismos.