Biomimetismo

Wikipedia, Entziklopedia askea
Clément Aderren "avion-chauvesouris" gailu bioinspiratuaren adibide bat da.

Biomimetismoak berrikuntza prozesu bat eta ingeniaritza bat adierazten ditu. Bizidunaren hainbat alderditan oinarritzen da; forma, materia, propietate fisiko, prozesu eta funtzioetan. Eskala nanometriko eta biomolekularrei buruzkoa izan daiteke, adibidez informazio genetikoarekin (DNA eta RNA), eta eskala makroskopiko eta ekosistemikoetaraino, zerbitzu ekosistemikoak ere barneratuz. Horrela, naturak sortutako soluzio jasangarrietaz baliatzen dira, hautespen natural bidez denbora luzez hautatuak izan direnak[1].

Biomimetika biologiaren eta teknika berritzaileen arteko diziplinarteko sormen prozesu bat da, bere helburu nagusia arazo antropozentrikoak ebaztea izanik, eredu biologikoetatik datozen ezagutzak jasoz, transferituz eta gerora egoera berrietara aplikatuz. Gizartearen garapena ahalbidetzeko hainbat erakunde eta prozedura garatu dira. Askotan biomimetismoa bioinspirazioarekin nahasten da, generikoagoa den kontzeptua, "sistema biologikoen behaketan oinarritzen den ikuspegi sortzaile" gisa definitzen baita.[2]

Biomimetismoa ikerkuntzaren eta hainbat arloren artean azaleratzen den eremua da, horien artean, arlo tekniko, mediko, industrial eta bioekonomikoa, gainera bionika, bioasistentzia eta arkitektura biomimetria[3] bezalako azpi eremuak barneratzen ditu. Gizarteen garapen iraunkorrerako aukera ematen duten prozesuak eta erakundeak garatzeko aukera ematen duen garapen bide berri bat ikusten dute, autore askok, jasangarria (jasangarritasun) dena eta biosferan[4] integratua dagoena. Frantzian eta munduan gero eta erakunde gehiago daude – ikerketa-laborategiak, enpresak, aholkularitza-bulegoak – biomimetismoaren hedapenean jarduten dutenak.

Jatorri etimologikoari dagokionez, "biomimetiko" terminoa greziera zaharretik eratortzen da: βίος (bios), bizia, eta μίμνσς (mγmsis), imitazioa. Lotura estua duen eremu bat bionika da.

Historia[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Historiaurrean, gizakiek, mundu biziari begira, hainbat arazori erantzun ugari aurkitu zituzten, bai sinpleei bai konplexuei. Izan ere, naturak, eboluzioaren eta hautespen naturalaren bidez, bioingeniaritzako arazo asko konpondu izan ditu, hala nola hidrobizitatea (uraren atzerapena), haizearen aurkako erresistentzia, energiaren biltegiratzea, hotzeko eta inguruneko presioko biosintesia, eguzki-energiaren automuntaketa eta harrapaketa, eboluzioak sortu eta hautaturiko mekanismoen bidez.

Biomimetismoaren adibide bat gizakiek hegan egin dezaten egiten den hegaztien azterketa da. Leonardo da Vincik (1452-1519) ez zuen "makina hegalaririk" [5] sortu, baina, hegaztien anatomia eta hegaldia behatzen zituen, makina hegalariak inspiratu zituzten ohar eta zirriborro ugarirekin. Wright anaiek, 1903an airea baino astunagoa izan zen lehen aireontziaren aitzindariek, usoetan inspiratu ziren. Beste asmatzaile batzuek, Clément Aderrek adibidez, saguzarra bihurtu zuten eredu.

Otto Schmidtek, biomimetismo [6] hitza asmatu zuenak biologiaren prozesuetatik teknologiarako transferentzia deskribatzeko, Schmidten baskula asmatu zuen nerbioen bidez seinaleen transmisioa imitatzen saiatuz.

Ekonomia, Gizarte eta Ingurumen Kontseiluak (CESE) 2016an adierazi zuenez, naturaren imitazio hutsaren eta biomimetismoaren arteko aldea jasangarritasunaren eskakizuna da, eta "aurrerapen teknologiko berriek, bereziki eskala nanometrikoan behatzeak, ikerketa itxaropentsuen eremu izugarria ireki digute".[7]

Helburuak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Biomimetismoak naturaren ereduak aztertu eta giza arazoak konpontzeko diseinuak eta prozesuak imitatzen ditu. Natura ikusteko eta baloratzeko modu berri bat da, ingurune naturalaren ikuspegietan oinarrituz.

Honen helburu nagusienetarikoa gizateriaren bizi-kalitatea hobetzea da. Natura miloika urtez irauteko eredu bakarra dela kontuan hartuz, iraunkortasun sozioekonomikoan oinarritzen da bizi esparru hau.

Biomimetismoak dakarren konpromiso ekologikoa beste helburu garrantzitsu bat bezala hartzen da, arazo ekologikoen konponbidea naturaren optimizazioan baitago. Beste era batera esanda, giza gizarte-sistemak eta sistema ekonomikoak, naturak emandako irtenbideak imitatzean, ingurunearen mende egongo liratekeela esan nahi du, eta ez alderantziz.

Zientziaren adar honetatik abiatuz, plastiko biodegradagarriak sortu ziren. Plastiko hauek, petrolioaren substantzietatik eratorritako polimeroz osatuta daude eta 500 urte inguru behar dituzte degradatzeko. Petrolioa baliabide berriztaezina eta ingurumenaretzat kaltegarria dela kontuan hartuz, plastiko mota berri baten ideia sortzen da, plastikoaren polimeroa osatzen duen oinarrizko fenomeno berri batean oinarritutako material berri bat, biodegradazio- eta konpostaje-prozesuen bidez kutsatzailerik isuri gabe naturara itzultzeko gai dena.

Jorge Riechmannen hitzetan,  hau lortzeko biderik onena materiaren zikloak ixtea da, ziklo naturalen arabera kontsumitzea, garraioa minimizatzea eta tokiko autosufizientzia handitzea, eguzkiaren energia lortzea haren agerpen guztietan, interkonexio biologiko eta gizatiar handia sustatzea, ingurunerako konposatu toxikorik ez ekoiztea (xenobiotikoak), gure abiadura sistema naturalen abiadurari akoplatzea, arlo kolektibotik jardutea eta arreta-printzipioari heltzea.

Azterketa biomimetikorako hurbiltzeko hiru maila[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Lehenengo maila[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Naturaren abstrakzio formala eta, besteak beste, inguratzaile, ehundura eta proportzioei aplikatzea. Adibide bat alfonbra bat izan liteke, forma eta koloreen eredu aleatorio bat ematen duena, oihanpea emulatuz. Formula matematikoekin antzeko patroiak aplikatuz, sistema modular bat sor daiteke, piezak sinpletasunez aldatzeko aukera ematen duena eta alfonbra edo moketen hondatzea saihesten duena hondatutako zati bakar batekin.

Bigarren maila[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Izaki bizidun baten analisia eta funtzionamendua, eta egiturei, mekanismoei, fluidoen joan-etorriei, beroaren kontserbazioari eta gehiagori aplikatzea. Adibidez, eta Srinivasanen arabera (1996)[8], "bioegitura jakin batzuen azterketen emaitzak, hala nola hegaztien azterketak, libelulak, zura, marrazo-larrua, intsektuen kutikula, moluskuak, saguzarrak, barne-belarriko koklea eta araknidoak".

Hirugarren maila[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Izaki bizidun bat osatzen duten zatien funtzionamendua aztertzea maila mikrozelularrean, ekarpen teknologiko garrantzitsuak sortzeko. Vincent-en (2011) [9] hitzetan, "Haritz-zurezko zelulen zuloak, diametro txikiagoa erakusten dutenak, parenkima zelulak eta trakeida handiak aztertzen dira. Ondorioztatu zen zuloak ingeniaritzan arretarik gabeko baliabidea direla, ospe txarrekoa, ez baitakigu beti abantailaz nola erabili. Tentsiopeko plaka batean dagoen zulo batek inguru angeluar bat badu, edo beste zulo batetik gertuegi badago, edo handiegia bada, pitzadura bat has daiteke eta material guztian zehar zabal daiteke (Atkins eta Mai, 1985). Biologiak erabilera eta diseinu aukera askoz zabalagoa erakusten du ikasketa horietatik abiatuta, eta teknologian sar daiteke ".

Arkitektura biomimetikoa[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Arkitektura biomimetikoak forma naturalen arauak ulertzea bilatzen du, hau da, inspirazio berberak aztertuz, obra arkitektoniko bat ezartzeko arazoak konpondu ahal izateko. Garapen horren abiapuntua da gizakia nola sar daitekeen ingurune naturalean, haren konfigurazioa errespetatuz eta hura aldatu gabe. Arkitektura horren bilakaera, obra berrien iraunkortasuna garatzera eraman zuena. Hori guztia iraganera eramanez, inspirazioa estilistikoa zela esan dezakegu, funtzionala baino gehiago, hau da, esanahi sinbolikoagoa zuten arrazoiak errepikatzen zirela, gizakia bere ingurunearekin berriz konektatu nahian.

Biomimetismoaren erabilerak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Biomimetismoa ekosistemetan[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Ikuspegi hau ez da baliabide naturalen erabileran edo elementu naturalak imitatzean oinarritzen. Izan ere, biosferaren funtzionamenduan, haren elikadura-sareen eta espezieen  eta ekosistemen eboluzio eta egokitzapenean sakondu eta aztertzean oinarritzen baita.[10] Ikuspegi holistikoagoa bilatzen du; ikuspegi berri bat, naturaren eta biodibertsitatearen balioa eta honek ematen dituen zerbitzuak kalkulatzeko modu berriak sortuz.

Janine Benyus biologoak, 1990eko hamarkadaren hasieran, ikuspegi berri hau proposatu zuen Biomimicry: Innovation Inspired by Nature[11] liburuan. Haren arabera, naturak ematen dizkigun irakaspenak honako hauek dira:[12]

  • Energia-iturri nagusi baten erabilera: eguzki-energia
  • Behar duen energia kantitatea soilik erabiltzea
  • Morfologia funtziora egokitzea
  • Guztia birziklatzea
  • Lankidetza saritzea (sinbiosia eta interakzio iraunkorrak barne)
  • Biodibertsitatearen aldeko apustuak
  • Inguruko esperientziaren beharra (adibidez, zoofarmakonosia animalietan; beharrezko medikamentuak beraien ingurunean aurkitzeko eta behar dituztenean kontsumitzeko gai izatea)
  • Gehiegikeriak barrutik mugatzea
  • Mugak erabiltzea sormen-iturri gisa

Janine Benyusek naturak materia organikoa edo minerala (adibidez, maskorra) biosintetizatzeko eta egituratzeko duen gaitasuna azpimarratzen du, biosintesi molekularreko prozesuen bidez.[10]

Makroegitura bizien erreplikazioa[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Zenbait ekohabitatek, naturan aurkitzen diren material-ereduak, arkitekturak edo/eta klimatizazio-sistema pasiboak hartzen dituzte eredutzat. Honen adibide dira termiteroak; izan ere, termita-muinoak inspirazio zuzena izan ziren Eastgate Center-entzat. Honek, 1996an Hararen (Zimbabwe) [13], termita-muinoen egitura eredutzat hartuz,  supermerkatu bat eraiki zuen zeinaren egiturari esker, bero uniformea mantentzea posible zen. Klimatizazio-sistema pasibo hau, aireztapen eta isolamendu eredu bat da. Hainbat irekidurek eraikinaren behealdetik airea sartzea ahalbidetzen dute, eta tximinia handiek, berriz, konbekzio bidez igotzen den aire beroa kanporatzea ahalbidetzen dute. Instalazio honek aire naturaleko korronte bat sortzen du eta hala, gauean, eraikinak biltegiratutako beroa barreiatzen du. Horrela, eraikinak batez bestekoak baino %90 energia gutxiago kontsumitzen du.[14]

Landareen biomimetika eta fisiologia[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Landareak biomimetismoaren inspirazio-iturri [15] garrantzitsuak dira. Izan ere, hardware, software, sentsore, eragingailu eta robotak barne hartzen dituzten proiektuek inspirazioa bilatzen dute landare-munduan; bereziki, fototaktismo, kimiotaxi, fotosintesi eta biosintesi prozesuetan. Haien sustrai-sistemek, lurzoruek eta sedimentuek besteak beste, esplorazio,[16] [17] monitorizazio edo ustiaketa-sistema robotikoak inspiratu ditzakete, beharbada indar osmotikoa [18] erabiliz edo baliabide edo baldintza bereziak hautemanez.[19][20]

Bestalde, landareek erabakiak hartzeko unitate zentralizaturik ez dutenez, hauetako gehienek sistema autonomo deszentralizatuak dituzte hainbat organo eta ehunetan. Beraz, hainbat estimuluren aurrean erreakzionatzen dute; hala nola, argia, beroa eta hezetasuna.

Biomimetikaren adibide bat Pollia condensata-rena litzateke; marmolezko baia bezala ere ezagutzen dena. Espezie honen zelulosaren mihiztadura kirala baliatu izan da optikoki aktiboak diren biofilmak egiteko[21][22]. Film hauek zelulosazkoak dira, eta hau, zuretik edo kotoitik lortutako baliabide biodegradagarria eta oinarri biologikoduna da. Honi esker lorturiko egiturazko kolore hauek, potentzialki betirako izan daitezke, eta argiaren xurgapen kimikotik lortzen direnak baino kolore biziagoak izan ditzakete.

Arctium lappa-ren propaguluaren kakoak, belkroaren inspirazio.

Beste adibide bat Bird-Of-Paradise flower gisa ezagutzen denaren kasua da. Izan ere, polinizatzaile bat Strelitzia reginae lorearen (Bird-Of-Paradise flower) zorro formako pertxa-zatian pausatzen denean gertatzen den deformazio elastikoaren analisiak, Friburgo eta Stuttgarteko Unibertsitateetako arkitekto eta zientzialariak inspiratu zituen Flectofin [23] [24]izenarekin saltzen diren produktu bioinspiratuak asmatzeko. Hauek, posizio-doikuntzak ahalbidetzen dituzte beraien egituran, espazioak eguzki-argitik babesteko.

Beste sistema bioinspiratu batzuk Flectofold [25]deiturikoak dira. Hauek,  Aldrovanda vesiculosa landare haragijaleak garatutako harrapaketa-sisteman oinarrituta daude.

Horren ezaguna den belkroa ere, lapa-belarraren (Arctium lappa) haziak gordetzen dituen propaguluaren kakoetan oinarrituta dago.

Biomimetika nanoeskalan[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Nanobiomimetika egitura biologikoen imitazioa da, eskala mikroskopikoan edo nanometrikoan. Naturak, egitura sorta zabala eskeintzen die eskala horiei, material berrietarako inspirazio-iturri  direlarik.

Izan ere, egitura edo kolorea ematen dieten organismo batzuen gainazaleko egiturek, karrozeria, kamuflaje, kristal, zirkuitu optiko eta abarretarako erabili daitezke, baita bereizmen handiko eta potentzia txikiko pantailak sortzeko ere.

Nanobiomimetikak lankidetza estua eskatzen du biologo, ekologo, ingeniari, fisikari eta nanoteknologiaren adituen artean.

Erreferentziak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

  1. ↑ Elizabeth A. Bella, Patrick Boehnkea, T. Mark Harrisona y Wendy L. Maob, "  Carbono potencialmente biogénico   , Actas de la Academia Nacional de Ciencias ,4 de septiembre de 2015 ( DOI  10.1073/pnas.1517557112 ).
  2. ↑ Pierre-Emmanuel Fayemi et al. ,  , Técnicas de ingeniería,2015, pág.  11.
  3. ↑ “  Estudio sobre la contribución de la biomimética a la transición hacia una economía verde en Francia: inventario, potencial, palancas  [ archivo ]  ” [PDF] , Études et documents , número 72 , octubre 2012, 160 p ( resumen  [ archivo ] ).
  4. ↑ Williams M, Zalasiewicz J, Haff PK, Schwägerl C, Barnosky AD & Ellis EC (2015) La biosfera del Antropoceno  [ archivo ] . The Anthropocene Review, 2(3), 196-219
  5. ↑ Romei, Francesca (2008). Leonardo Da Vinci. The Oliver Press. p. 56. ISBN 978-1-934545-00-3.
  6. ↑ Vincent, Julian F.V.; Bogatyreva, Olga A.; Bogatyrev, Nikolaj R.; Bowyer, Adrian; Pahl, Anja-Karina (21 August 2006). "Biomimetics: its practice and theory". Journal of the Royal Society Interface. 3 (9): 471–482.
  7. ↑ Le biomimétismme : s'inspirer de la nature pour innover durablement, rapport du CESE, p. 6.
  8. ↑ Srinivasan, A. V. (1996). «Smart biological systems as models for engineered structures.» Materials Science and Engineering: C, 4(1), 19-26. http://doi.org/10.1016/0928-4931(95)00126-3
  9. ↑ Vincent, J. F. V. (2011). « Unusual uses of holes--with input from biology.» Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 4(5), 682-7. http://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2010.10.002
  10. ↑ a b TEED, Janine Benyus comparte diseños de la naturaleza  [ archivo ] (video filmado en febrero de 2005, subido en 2007, en inglés, con subtítulos a pedido ) y biografía  [ archivo ] .
  11. ↑ M. Benyus, Janine. (2002). Biomimicry: Innovation Inspired by Nature. William Morrow & Co ISBN 9780060533229..
  12. ↑ Wanderings Biomimicry - Innovación inspirada en la naturaleza - por Janine Benyus  [ archivo ] , consultado el 17 de junio de 2012.
  13. ↑ (Ingelesez) «Nature-inspired Solutions from the Biomimicry Institute» Biomimicry Institute (Noiz kontsultatua: 2023-03-15).
  14. ↑ (Frantsesez) «Définition Biomimétisme • Les Horizons» Les Horizons (Noiz kontsultatua: 2023-03-15).
  15. ↑ B. Mazzolai, S. Mancuso, "Smart Solutions from the Plant Kingdom", Bioinspiration and Biomimetics, 8(2): 020301 doi:10.1088/1748-3182/8/2/020301 (2013).
  16. ↑ A. Sadeghi, A. Tonazzini, L. Popova, B. Mazzolai (2013) " Soil Explorer Robot Inspired by Plant Roots ", Softrobot 2013, julio de 2013, Monte Verità, Suiza.
  17. ↑ A. Sadeghi, A. Tonazzini, L. Popova, B. Mazzolai (2013) "Robotic Mechanism for Soil Penetration Inspired by Plant Root", ICRA 2013, doi: 10.1109/ICRA.2013.6631060 Karlsruhe, Germany.
  18. ↑ E. Sinibaldi, G. L. Puleo, F. Mattioli, V. Mattoli, F. Di Michele, L. Beccai, F. Tramacere, S. Mancuso, B. Mazzolai*, "Osmotic actuation modelling for innovative biorobotic solutions inspired by the plant kingdom", Bioinspiration and Biomimetics, 8(2): 025002 doi:10.1088/1748-3182/8/2/025002 (2013).
  19. ↑ C. Lucarotti, M. Totaro, A. Sadeghi, B. Mazzolai, L. Beccai "Revealing bending and force in a soft body through a plant root inspired approach", Scientific Reports, doi:10.1038/srep08788 (2015).
  20. ↑ A. Sadeghi, A. Tonazzini, L. Popova, B. Mazzolai, "A Novel Growing Device Inspired by Plant Root Soil Penetration Behaviors", PLoS ONE, 9(2): e90139 doi:10.1371/journal.pone.0090139 (2014).
  21. ↑ Vignolini, Silvia; Rudall, Paula J.; Rowland, Alice V.; Reed, Alison; Moyroud, Edwige; Faden, Robert B.; Baumberg, Jeremy J.; Glover, Beverley J.; Steiner, Ullrich (2012-09-25). "Pointillist structural color in Pollia fruit". Proceedings of the National Academy of Sciences. 109 (39): 15712–15715.
  22. ↑ Dumanli, A. G.; van der Kooij, H. M.; Reisner, E.; Baumberg, J.J.; Steiner, U.; Vignolini, Silvia (2014). "Digital color in cellulose nanocrystal films". ACS Applied Materials & Interfaces. 7 (15): 12302–12306
  23. ↑ Lienhard, J; Schleicher, S; Poppinga, S; Masselter, T; Milwich, M; Speck, T; Knippers, J (2011-11-29). "Flectofin: a hingeless flapping mechanism inspired by nature". Bioinspiration & Biomimetics. 6 (4): 045001.
  24. ↑ Jürgen Bertling (2012-05-15), Flectofin, archived from the original on 2021-12-11, retrieved 2019-06-27
  25. ↑ Körner, A; Born, L; Mader, A; Sachse, R; Saffarian, S; Westermeier, A S; Poppinga, S; Bischoff, M; Gresser, G T (2017-12-12). "Flectofold—a biomimetic compliant shading device for complex free form facades". Smart Materials and Structures. 27 (1): 017001.

Kanpo estekak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

"https://eu.wikipedia.org/w/index.php?title=Biomimetismo&oldid=9320828"(e)tik eskuratuta