Los desarrollos tecnológicos inspirados en alas de mariposas

Una mariposa del trópico puede no ser el primer lugar para mirar en busca de inspiración para la última tecnología de detección de bombas desarrollada por el ejército de Estados Unidos, pero sus alas azules brillantes y tornasoladas son un ejemplo de una de las ramas más prometedoras de la ciencia: la "bioinspiración".

Los inventos basados en mecanismos de la naturaleza incluyen desde textiles de alta tecnología a superficies que se limpian solas.

Pero las relucientes alas de esta mariposa sudamericana, conocida como Morpho azul, también inspiran a los científicos.

"Estéticamente son hermosas", dice el profesor Peter Vukusic, pero añade que desde la perspectiva de la ciencia, son extremadamente interesantes.

"Son complicadas, son elegantemente diseñadas, y el ingenioso mecanismo óptico responsable de su apariencia es tremendo", dice este físico óptico de la Universidad de Exeter que las estudia hace años.

NAVIDAD

Cuando un microscopio de electrones es utilizado para observar la nanoestructura de las alas, un mundo nuevo se revela: estructuras que solo pueden ser descritas como árboles de Navidad saliendo de la superficie del ala en prolongadas líneas.

Hechos de la sustancia conocida como quitina, estos árboles de Navidad miden solo un micrómetro (unidad de longitud equivalente a una millonésima parte de un metro) de altura.

El efecto tornasolado, que cambia según el ángulo de visión, es producido por el reflejo de la luz en las diferentes estructuras de estas superficies, similar al efecto de la luz en una burbuja de jabón. Esto es conocido como color estructural, es decir, que no es producido por pigmentos.

El profesor Vukusic y algunos de sus colegas han estado a la vanguardia de estos descubrimientos.

"Recuerdo 15 años atrás estar maravillado por esto, dándome cuenta que mis colegas y yo éramos algunos de los primeros en mirar este asunto desde la perspectiva de la física".

"Proyectamos un láser a través de una de las estructuras singulares del ala de la mariposa y vimos un patrón maravilloso de difracción. Se me erizó la nuca porque nadie lo había hecho antes. Nos dio un profundo entendimiento de cómo funcionaba ese sistema que no tenía paralelos en ese tiempo. Fue de esos momentos que cambian la vida".

APLICACIONES PRÁCTICAS

El profesor Vukusic y sus colegas han examinado muchas otras mariposas, polillas, escarabajos y semillas, todos ejemplos de colores estructurales. Pero el interés de los investigadores va más allá de la curiosidad científica.

La estructura que le da al escarabajo Cyphochilus su extraordinaria blancura contribuye ahora al desarrollo de un tipo de papel blanco superliviano.

La reluciente superficie verde de la semilla de la Margaritaria nobilis ha inspirado a los científicos a designar una fibra que cambia de color cuando es estirada.

Cuando se tensa el hilo cambia de rojo a verde y luego a amarillo. El color es determinado por el espesor de las nanoestructuras.

Esto tiene un gran potencial para la microcirugía. Un cirujano operando de forma remota un equipo puede saber exactamente cuánta tensión aplicar al hilo quirúrgico observando el cambio de color.

VAPOR PARA EXPLOSIVOS

Otros ejemplos más conocidos de bioinspiración incluyen el velcro, que fue inventado por el ingeniero suizo George de Mestral cuando regresaba de una caminata con su perro en 1941 y notó las semillas de bardana pegadas en el pelaje de su mascota.

Al mirar más detalladamente, el científico descubrió que las semillas tenían ganchos que se enganchaban con fuerza en los bucles del pelo.

Otro invento inspirado en la naturaleza es el vidrio que se autolimpia, cuando las gotas de lluvia caen sobre su superficie y comienzan a rodar, llevándose con ellas el polvo y la suciedad.

La estructura está inspirada en la superficie áspera de la hoja de loto por la que las gotas ruedan lentamente antes de caer.

Pero quizás, para hallar el ejemplo más curioso de bioinspiración, debemos volver a la mariposa Morpho azul.

El espacio vacío entre las estructuras de árbol de Navidad puede ser utilizado parar atrapar no solo aire sino vapores que cambien la apariencia óptica de la superficie.

"El ejército de Estados Unidos está particularmente interesado en detectores de agentes explosivos que funcionen con vapor", señala el profesor Vukusic.

"¿Puede un sistema de esta naturaleza ser tan ultra sensible a una gama de materiales explosivos? A largo plazo existe un cierto potencial para esta función", dice Vukusic y concluye:

“No se usará el ala en sí de la mariposa pero una reproducción, más fácilmente aplicable, que está actualmente bajo desarrollo”.