Issuu on Google+

TREBALL DE RECERCA

BIOMIMÈTICA: INNOVAR COPIANT LA NATURALESA

Clara Bosch i Teixidó Imma Serrallonga 2.3 Batxillerat Insitut Monsterrat 6-11-2013


“Desprès d’estudiar un organisme durant 40 anys no deixem d’aprendre d’ell...” Janine Benyus


INDEX 1. Pròleg

4

2. El per què del meu tema i els Objectius

5 1b

BLOC TEÒRIC 3. Introducció

6

Que és?

7

Per què és necessària?

7

Per què ara?

8 9

4. Origens •

Leonardo Da Vinci

Antoni Gaudí

12

La Torre Eiffel

14 15

5. Actualitat •

9

Prototips biomimètics

15

-

El velcro

15

-

El Gecko

17

-

Els tèrmits

19

-

L’escarabat de Namíbia

22

Janine Benyus

23

AskNature

24

6. Un futur biomimètic: a on anem? •

Camí ca a un futur biomimètic

Pojectes biomimètics

-

La fotosíntesi

-

Les ales de les papallones

Fracàs o revolució?

7. Conlusions

BLOC PRÀCTIC

25 25 27 27 27 28 29

11

8. Introducció

31

9. Problemes

31


10. La meva proposta •

Coneixements previs - La successió de Fibonacci - La successió de Fibonacci en la natura (flors, plantes,arbres,...) - Inclinació de les plaques solars

Material necessari

El meu experiment

11. Conclusions 12. Bibliografia i Web grafia 13. Annex I : Altres exemples de Biomimètica 14. Annex II : Galeria d’edificis biomimètics

15. Annex III : Frases bioinspirades

32 32 32 33 34 35 35 40 41 43 48 50


Treball de Recerca 3 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa

BLOC TEÒRIC


Treball de Recerca 4 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa

1.

PRÒLEG

Ens creiem millors, intel·ligents, superiors a tot el que ens envolta. Vam voler volar, travessar mars i oceans, viatjar a la llunya i ho vam aconseguir.

Però l’única cosa que hem fet d’ençà que estem aquí ha sigut imitar el món que ens envolta, més conegut com la natura. Ho hem analitzat tot, diseccionat, imitat el seu mecanisme, el seu funcionament i hem volgut emular-lo, si gairebé no sabem ni com funciona el nostre cervell. Fa dos milions d’anys quan la vida a la terra va estar a punt d’extingir-se els microorganismes que l’habitaven van constituir un procés pel qual podien viure de l’aire i créixer per l’energia del sol, un procés sense el qual nosaltres seríem incapaços de sobreviure a la terra, la fotosíntesi. Increïble, veritat? Tant de bo poguéssim crear alguna cosa d’aquesta envergadura.

Els humans som intel·ligents i construïm màquines que ens ajudin a viure més còmodament encara que aquestes facin malbé la natura, amb tot el que ella ens dóna i a canvi nosaltres la destruïm. És igual, total jo no ho veure; diuen els ignorants. No ens enganyem al seu costat som insignificants, som com una estrella de les infinites galàxies dels infinits univers que hi ha, i no sobreviurà molt temps o almenys no com nosaltres necessitem per existir però, en el fons és normal perquè l’ésser humà acaba d’arribar a la terra i només és una més entre els milions d’espècies que habiten a la terra i que han acabat per desaparèixer.

Sé que aquest pròleg pot semblar una mica catastròfic però si no hi fem res els que venen darrere nostre es trobaran una terra molt malmesa i potser ja no hi son a temps. La bona noticia, és que nosaltres si, i la solució al nostre problema sempre l’hem tingut a l’abast, ara només queda fer-li cas.


Treball de Recerca 5 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa

2. EL PER QUÈ DEL MEU TEMA I OBJECTIUS

Quan la gent em pregunta pel meu treball de recerca i jo els hi responc diuen: i això és...? No falla sempre és la mateixa resposta amb tothom. A qualsevol xocaria i fins i tot faria enrere una contesta com aquesta però a mi em produeix l’afecte contrari m’encoratja i fa sentir-me genial. Des de petita he tingut una “fixació” per tot allò que desconec, per allò que la gent no sap i no coneix. Sempre m’ha encantat ensenyar als altres, coses que desconeixien i que al acabar la seva resposta fos un fútil “M’ha encantat”. És clar que no sempre ha estat així, a vegades me n’he sortit bé però d’altres he volgut abastar massa i he acabat picant de morros contra terra. Així que bàsicament aquest és el meu

tema del treball. Incloent, és clar l’ interès

tecnològic que té aquest estudi per a mi.

Els objectius que m’he plantejat assolir en aquest treball són: •

Conèixer amb profunditat el tema de la biomimètica.

Donar a conèixer a la gent que significa i la importància que tindrà en un futur en l’àmbit de la tecnologia i la ciència.

Ampliar els meus coneixements en el àmbit tecnològic.

En un futur poder crear algun prototip biomimètic.

Aprofundir en l’àmbit eco tecnologia, ja que crec que té molt futur i em sembla molt interessant.


Treball de Recerca 6 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa

3.

INTRODUCCIÓ La naturalesa porta viva des de fa més de 3800 milions d’anys i durant tot aquest temps les

aus han après a volar i a viatjar sense la necessitat d’un mapa, les sargantanes han après a reptar per les parets, les fulles han trobat la manera de créixer amb l’energia del sol,etc. La natura ha aconseguit tot allò al que els humans aspirem, això si sense malgastar una gota de combustibles fòssils i sense contaminar i destruir el seu entorn. És màgia? o és degut als dots que la natura els hi ha donat? Té res a veure el medi on viuen? D’això es tracta el meu treball de recerca, d’estudiar i observar insectes, plantes i animals per descobrir solucions ecològiques en el desenvolupament de la tecnologia. Així doncs un cop introduït el meu treball m’agradaria que tinguéssiu clars els tres conceptes més clars de la biomimètica: -

La naturalesa com a model: La biomimètica estudia els models de la naturalesa per imitar o inspirar-se en els seu dissenys i processos biològics per tal de poder resoldre problemes humans. En seria un clar exemple una placa fotovoltaica que funcioni com una fulla. Soluciona un problema humà, obtenció d’energia de manera ecològica, utilitzant un procés biològic de la natura, la fotosíntesis.

-

La naturalesa com a mitjà: Desprès de tants anys d’existència la natura ha pogut fer un procés de selecció i per tant sap quins models de vida funcionen i el que es més important, quins duren.

-

La naturalesa com a mentora: La biomimètica és una ciència que observa la natura des de un altre perspectiva. No es tracta d’extraure coses del món natural sinó del que aquest ens pot ensenyar.


Treball de Recerca 7 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa •

QUÈ ÉS?

El terme biomimètica (del grec bio, vida i mimètica, imitar) va començar a utilitzar-se els anys noranta en les disciplines com la robòtica, la ciència de materials o la investigació cosmètica. Aleshores aquest terme no era tant extens com en l’actualitat, ja que la idea dels investigadors era fixar-se en els organismes i ecosistemes no pròpiament amb la natura. Avui en dia la definició més acceptada seria: La biomimètica és la ciència que estudia la natura com a font per desenvolupar noves tecnologies que ajudin a l’ésser humà a solucionar els problemes que la natura ja ha solucionat mitjançant: modeles de processos, sistemes i elements que la imitin o s’inspirin en ella. La biomimètica doncs, es tracta d’observar la natura i aplicar les solucions que aquesta a trobat en les nostres creacions per tal que siguin menys perjudicials pel medi ambient.

PER QUÈ ÉS NECESSÀRIA?

En una societat acostumada a dominar i destruir la naturalesa, la imitació respectuosa d’aquesta dóna pas a un punt de vista totalment nou a una revolució. A diferència de la revolució industrial la revolució “biomimètica”(per dir-ho d’alguna forma) dóna lloc a una nova manera de pensar i de fer les coses, no es tracta del que podem treure de la natura si no del que en podem aprendre. El món natural ens proporciona models, estructures per què no imitar-les? La ciència de la biomimètica està descobrint pas per pas el que funciona en aquest món i el que dura, per tant, com més s’assembli el nostre món (el dels humans) al natural més probable és que durem en aquest planeta que no és només nostre.


Treball de Recerca 8 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa •

PER QUÈ ARA? La idea d’imitar la natura no és nova. En els pobles indígenes i en l’antiguitat moltes de les

creacions dels nostres avantpassats estaven inspirades en la naturalesa. Inclòs el geni renaixentista Leonardo Da Vinci, que era un apassionat per la naturalesa, va voler crear la primera màquina voladora observant el vol de les aus. I si ja fa tant temps que es practica per què ara? Com és que comença a tenir èxit? Doncs molt senzill. La biomimètica1 sorgeix per la necessitat de l’ésser humà d’intentar arreglar tot allò que prèviament ha fet malbé, en aquest cas la natura. No disposem de materials infinits, els combustibles fòssils s’esgoten, no hi ha reserves suficients per abastir la població si consumim a aquest ritme frenètic. Hem de trobar una solució i l’hem de trobar ja i l’única manera d’allargar la vida al nostre planeta és començar a construir màquines i a obtenir energia de manera natural, sense contaminar i l’única manera per saber com es fa és observant la natura.

1

Biomimètica: En aquest cas parlem de ecologia en general.


Treball de Recerca 9 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa n 4. ORIGENS Si mirem enrere,, trobarem que l’home sempre ha tingut ganes dee conèixer, que els primers passos que van donar els científics i els primers filòsofs eren intents de conèixer més, perquè al contemplar la natura es quedaven bocabadats per la seva bellesa, per la seva estructura i pel seu funcionament. Així doncs l’observació de la natura natura no és pas una cosa d’ara siné que jaa ve de temps enrere. A continuació explicaré breument tres personatges de la història de la tecnologia i de l’arquitectura que es van fixar en la natura per a les seves creacions.

• LEONARDO DA VINCI El camí més evident per intentar volar és é imitar als quee ja ho fan, per tant no hauria de sorprendre a ningú que la historia comences per aquí. Da Vinci va néixer l’any 1452 a Florència, considerat considerat un dels grans genis de la humanitat va abastar totes les branques de l’activitat intel·lectual: pintor,poeta, escultor, esc arquitecte, enginyer,etc. En la seva etapa com a enginyer enginye va dominar quasi totes les branq ues. Jo

faré

èmfasi en un en concret: l’aviació. Leonardo va dedicar de forma recurrent la seva vida a l’estudi del vol i ens proporciona els primers documents nts precisos sobre diferents aparells aparells mecànics (màquines voladores) amb. Els seus primers esbossos daten del 1496 i inclouen dibuixos d’ornitòpters2,helicòpters, helicòpters, paracaigudes, estudis sobre el vol dels ocells i sobre el moviment del vent. Va traçar nombrosos os esbossos en els quals s’han trobat característiques anticipades del que seria un avió. Fig.1 – Ornitòpter dissenyat per Leonardo Da VInci

Malauradament, tot el treball que va realitzar Leonardo no va tenir cap tipus d’influència en els

segles posteriors, ja que molts dels seus manuscrits van quedar oblidats oblidats en biblioteques i arxius fins a principis del segle XIX. Si no hagués estat així segurament l’aviació s’hauria s’ desenvolupat 400 anys abans.

2

Ornitòpter: Aeronau que s'aguanta per la reacció de l'aire sobre superfícies sostenidores sostenidores dotades d'un moviment semblant a l'aleteig dels ocells i que constitueixen l'únic sistema de propulsió de l'aparell.


Treball de Recerca 10 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa n Tot i això sabem que Leonardo mai hagués aconseguit que l’home voles perquè ell creia que la sustentació aerodinàmica odinàmica3 (vegeu explicació) requeia sobres les articulacions de les ales i que els músculs humans tenien una força suficient per a impulsar una de les seves màquines voladores.. Per això la majoria d’esbossos d’esbossos mostren màquines que reprodueixen repr les ales dels ocells on l’home ha de fer batre-les batre amb força per enlairar-se. Aquests principis que fan el vol possible es desconeixien en el segle XV i XVI i per tant no el podem culpar dels seus errors. Tot i això Leonardo segueix sent un gran referent i considerat erat un dels primers científics en l’estudi del vol.

Fig. 3 – Esbós d’un helicòpter Fig. 2 – Esquema del prototip de la màquina voladora

Fig.4- Paracaigudes ideat per Leonardo

xplicació de la sustentació aerodinàmica: aus i avions Explicació Un perfil aerodinàmic,, és un cos que té un disseny determinat per per aprofitar el màxim les forces (de la variació de velocitat locitat i pressió) quan qu aquest se situa en un corrent d’aire. Un exemple en seria l’ala d’un avió o d’un ocell. Ara vegem que passa quan un cos co dotat d’un perfil aerodinàmic ( en aquest cas una ala) es mou en l’aire a una certa velocitat i col·locat d’una determinada manera. Aquesta ala produeix un flux d’aire en proporció al seu angle d’inclinació d’inclinació i la seva velocitat(variarà segons la inclinació i la velocitat de l’ala). l’ala . L’aire que passa per la part superior del perfil tindrà més velocitat que el que passa per la part inferior, inferior, però tindrà menys pressió que aquest.

3

Sustentació aerodinàmica: Principi pel qual els ocells i els avions poden volar.


Treball de Recerca 11 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa Degut a aquesta diferència de pressió es produeix una força que empenta l’ala cap amunt i fa que aquest se sustenti. La força de sustentació és superior a la força que fa el pes per això, l’avió s’enlaira i no cau.

Fig.5 -Esquema dels corrents d’aire en un ala

Fig.6 -Esquema senzill de les forces de vol de una avioneta


Treball de Recerca 12 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa n •

ANTONI GAUDÍ Antoni Gaudí i Cornet va néixer néixer l’any 1852 a Reus, Espanya. Fou un arquitecte i el màxim

representant del modernisme català. La naturalesa va ser una gran inspiració per Gaudí, Gaudí tant que fins i tot l’any 1871, quan encara no havia aprovat totes les assignatures d’arquitectura, es va matricular a Història natural i la va aprovar. Aquesta passió que Gaudí sentia per tot allò que era natural ho podem veure en els volums i la geometria que utilitza. utilitza Les seves obres son fruit d’una observació bservació minuciosa de la natura, les roques de Montserrat, els arbres, les plantes i els fruits, els ossos, les fulles i els troncs es van convertir en referents arquitectònics i artístics per a Gaudí. L’arquitecte troba en la natura la font de la seva inspiració. inspiració. Gaudí sempre va voler innovar, per això es va basar en la teoria de la geometria. geometria. De la qual definia tres superfícies que trobava molt originals i d’una bellesa arquitectònica incalculable: incalculable la primera era la l hiperboloide4, com la forma del fèmur humà; el paraboloide hiperbòlic 5,la la forma dels tendons entre els dits de la mà i finalment l’helicoide6, que imita la forma d’un tronc d’eucaliptus.

Fig.7 – A l’esquerra imatge d’una d’ hiperboloide, al centre imatge d’una hiperboloide a la Sagrada Família i a la dreta imatge d’una hiperboloide natural.

4

Hiperboloide:La hiperboloide és una superfície superfície generada per una hipèrbole que gira al voltant d'un cercle o el·lipse. 5

Paraboloide hiperbòlic: El paraboloide hiperbòlic és una superfície guerxa de seccions parabòliques que és el resultat del desplaçament d'una línia recta al damunt d'altres dues que que es creuen a l'espai. Generalment resta limitada per quatre línies rectes. 6

Helicoide:L'helicoide L'helicoide és una superfície reglada generada per una línia recta que gira segons una espiral al voltant d'un eix vertical.


Treball de Recerca 13 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa n

Fig. 8- A l’esquerra ra imatge d’un hiperboloide hiperbòlic, al mig una imatge del porxo de la colònia Güell on podem apreciar la forma geomètrica i a la dreta una mà on podem veure que la separació entre els dits té forma d’hiperboloide hiperbòlic,

Fig.9 – A l’esquerra imatge imatge d’una helicoide, al mig escala feta per Gaudi amb la forma geomètrica i a la dreta Helicoide natural.

Gaudí va ser un arquitecte revolucionari que es es va inspirar en tots i cadascun dels detalls que la natura descriu (no només en la bellesa sinó també en l’estructura), l’estructura), oferint solucions estructurals úniques que finalitzen litzen en un estil excepcional i personal.


Treball de Recerca 14 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa •

GUSTAVE EIFFEL Gustave Eiffel nascut l’any 1832 a Dijon, una ciutat de França fou un enginyer i arquitecte

mundialment famós per idear la torre que porta el seu nom, la Torre Eiffel (París, França). La Torre va ser construïda l’any 1889 per ser la porta d’entrada de l’exposició mundial a París.

L’enginyer francès es va inspirar en l’estructura del fèmur a l’hora de construir la seva torre i un segle més tard la Torre Eiffel segueix sent un punt de referència mundial i arquitectònic.

Encara que molta gent sosté que la idea d’imitar el fèmur va ser de Gustave Eiffel la veritable història del disseny de la torre comença gairebé 40 anys abans de la seva construcció. L’anatomista alemany Hermann von Meyer durant el 1850 estava estudiant el fèmur humà. Aquest os té una articulació, la ròtula que és excèntrica7 i que encaixa amb la cavitat del maluc. Aquesta articulació està formada per moltes fibres ósses, anomenades trabècules8, entrecreuades i alineades per tal de suportar les forces de tracció i compressió. D’aquesta manera el fèmur reparteix el pes cap als costats i l’os no pateix.

Al cap de 16 anys l’enginyer Karl Cullman va veure que les fibres del fèmur, les bigues i els tirants9 utilitzats en la construcció s’assemblaven molt. Aquest principi van ser els que va inspirar a l’arquitecte Gustave Eiffel.

Fig. 10- Construcció de la torre Eiffel

7

Excèntrica: Que es desvia o s'allunya del centre, no cèntric.

8

Trabècules: Cadascuna de les prolongacions formades per teixit ossi que limiten les cavitats medul·lars de substància esponjosa. 9

Tirants: Biga horitzontal que uneix i manté immòbils dues parets paral·leles que tendeixen a desplomar-se.


Treball de Recerca 15 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa n Com la corba en el cap del fèmur, les corbes de la Torre Eiffel estan suportades per un enreixat de bigues i tirants , que desplacen el pes de la torre cap als ls costats, costats i dels costats a terra, tal com ho fan les fibres de l’os.

Fig.11 – Estructura del fémur Fig.12 – Imatge de la torre Eiffel E

5. NATURA IMITADA L’emulació de la natura en dissenys industrials, mecanismes i edificis ha sigut constat al llarg dels últims anys intentant trobar una solució als nous i vells problemes que se’ns plantegen de manera sostenible. Els exemples són incomptables, des dell velcro inspirat per les flors del card, fins a la recol·lecció d’aigua a partir de l’estructura d’un escarabat. A continuació explicaré uns quants exemples perquè us en feu una idea.

PROTOTIPS BIOMIMÈTICS -

El velcro Un exemple n’és el Velcro. No és un invent que hagi canviat la humanitat però, tot i així,

ningú sap que haguessin fet els astronautes per fixar les seves eines a l’espai si el velcro no hagués existit. Podríem dir que és una un d’aquelles “petites-grans” invencions que formen part de la nostra vida i a les quals no donem gaire importància.


Treball de Recerca 16 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa n L’enginyer suís Geroge de Mestral es va preguntar pregunta per què lii resultava tan difícil separar les flors del card del pèl del seu gos. Sorprès per la seva tenacitat, va decidir observar-les observar amb microscopi, i va aleshores quan va descobrir que a l’extrem de les flors hi ha uns un gafets10. Aquests permeten a les flors enganxar-se enganxar se amb facilitat, així qualsevol animal que passi a prop d’elles s’emporta la planta, viatja i que s’espolsa les llavors llavors cauen a terra i germinen. Després d’observar amb atenció les flors, de Mestral va veure que eren fàcils d’enganxard’enganxar se però no eren tant fàcils de desprendre’s. Va veure una idea en aquelles flors i es va proposar recrear un sistema d’encaix basat en aquest disseny de la natura. Però una cosa és tenir una idea i l’altra, dur-la la a terme.

2 1

Fig.14- 1.Ganxo del Velcro 2. Fibra de vellut. La volta del ganxo és massa gran i per aixó el vellut no s’adhereix.

El velcro està format per dues parts: la primera està està formada per llaçades o bucles, bucles com ve a ser ara la superfície del vellut, i l’altra l’ part que està formada pel ganxo. Però aquest mecanisme no és tant senzill com sembla, ja que si el ganxo té una volta massa gran res no s’hi enganxarà i si ho fa, costarà molt que es desenganxi. Per això el ganxo ha de tenir una volta determinada, i el que és més important una certa ce elasticitat per poder alliberar la llaçada llaça amb facilitat (vegeu fig.9).

Fig. 13 – Sistema d’encaix del velcro

10

Gafets: ganxos


Treball de Recerca 17 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa n Despréss de deu anys d’investigació de Mestral va crear el sistema de tancament que tots hem utilitzat alguna vegada,, que consisteix en una tira amb bucles o llaçades i l’altra amb ganxos. s. El nom velcro va sorgir de la unió de dos termes francesos «velour», que significa bucle i «crochet» que significa ganxo.

Fig. 15– Bucles del velcro

Fig. 16 – Gafetss del velcro

-

El Gecko Aquests animals tenen la increïble capacitat d’escalar per tot tipus de superfícies, una

propietat molt olt atractiva per l’aplicació l’aplica en robòtica i la recerca d’adhesius adhesius Super forts. Si observem les potes de la salamandra, salamandra podem veure que la seva pell té un tacte rugós, i està e formada per una espècie de ranures o canals de menys d’un mil·límetre d’amplada (vegeu fig.15). Cada un d’aquests canals està format per uns pèls que a la vegada estan formats per unes culleres microscòpiques (dites així per la seva forma). Tota aquesta estructura fa que el Gecko tingui molts punts de contacte sobre la superfície. Tot i això el mecanisme d’adhesió és una mica més complex.

Fig.17– Esquema de les potes del Gecko.


Treball de Recerca 18 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa n

Nombrosos científics van estudiar i observar les potes del Gecko per saber com funcionaven. Primer es va pensar que podria ser degut a les forces capil·lars (les mateixes que fan que un paper succioni l’aigua) però es va veure que la salamandra s’adheria igual en superfíciess que no estaven humides. Després Després es va pensar que seria algun tipus d’activació muscular, però van veure que una salamandra morta s’adheria igual que una viva, viv i finalment després d’observar-les les durant molt de temps van adonar-se adonar se que era degut a les forces de Van der Vaals11. Encara que aquestes forces són molt dèbils, dèbil la salamandra en tenir bilions de pèls en contacte amb la superfície fan que aquestes forces es multipliquin. multipliquin Els científics tífics han volgut reproduir aquest efecte utilitzant nanotubs de carboni. Aquest descobriment obriment té una àmplia gamma d’aplicacions, d’aplicacions, començant per cintes adhesives, automobilisme, la robòtica i inclús la medicina

Fig.18- Imatge de la pota d’un Gecko. Gecko Podem apreciar les bandes (marcades amb groc)

11

Fig.19– Cinta adhesiva Gecko

Forces de Van der Vaals: Són unions dèbils entre els àtoms i les molècules. Es produeixen perquè les cargues elèctriques en les molècules es desplacen contínuament. Això produeix un moviment de molècules entre càrregues positives i negatives, d’aquesta manera es produeix una cohesió entre la superfície de contacte i la substància o cos que si adhereix.


Treball de Recerca 19 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa -

Tèrmits L’East Gate Centre, és un centre comercial situat al centre Harare (Zimbaue). Els seus

promotors a l’hora d’encarregar el projecte, van demanar-li a l’arquitecte Mick Pearce que evites la instal·lació de sistemes d’aire condicionat per estalviar-se el cost de la importació dels climatitzadors. Aquest va utilitzar l’enginy i va construir l’edifici inspirant-se en uns termiters originaris de Zimbaue que termoregulen la temperatura dels seus termiters. Els tèrmits són uns dels millors arquitectes de la natura, són els insectes que construeixen les estructures més altes del planeta (tenint en compte la seva mida) i poden mantenir una temperatura constant en l’interior, tot i que a fora hi hagi grans oscil·lacions de temperatures (variacions). Mick Pierce, com he dit anteriorment, es va inspirar en uns tèrmits originaris de Zimbaue. Els tèrmits amb què es va inspirar construeixen uns termiters en els quals cultiven la seva font principal d’alimentació, el bolets. Aquests s’han de mantenir a una certa temperatura, concretament 30°C, mentre a l’exterior del termiter la temperatura oscil·la entre 2°C a 40°C durant el dia. Per mantenir la temperatura constant del seu cau, els tèrmits utilitzen diferents estratègies. El primer és construir parets gruixudes que permeten mantenir l’aire fred de la nit i així durant el dia no notar tant l’escalfament que pateix el termiter. A més a més, els tèrmits construeixen uns túnels a la part inferior del niu que permet la lliure circulació de l’aire fred. Aquest aire fred a l’entrar amb contacte amb l’aire calent de l’interior del termiter produeix uns corrents de convecció (vegeu fig.22). D’aquesta manera l’aire calent es reemplaça per l’aire fred, puja a la part superior del termiter i és expulsat per les foradades de la part superior del cau. Aquest procés permet que el niu dels tèrmits es mantingui a una temperatura constant de 30°C perfecte per mantenir els seus bolets. El centre comercial dissenyat per Mick Pierce es va construir l’any 1996. Per la seva construcció es van utilitzar parets de formigó gruixudes, com les dels termiters, i es va construir l’edifici de manera que es termoregules la temperatura igual que en el niu dels tèrmits. El sistema de termoregulació que va utilitzar l’arquitecte originari de Zimbaue utilitza un 10% menys d’energia per refrigerar l’edifici i va suposar un estalvi del 10% en la construcció. Aquest sistema de ventilació desenvolupat en la construcció, podria servir per millorar l’eficiència de tots aquells sistemes mecànics que necessiten mantenir la temperatura constant.


Treball de Recerca 20 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa n

Fig.20– Termoregulació del termiter de dia (túnels oberts) i de nit (túnels tancats)

Fig.21– Imatge d’un termiter

Explicació dels corrents de convecció dintre el termiter L’aire fred (en blau) entra pels pels túnels construïts a la part inferior del termiter. L’aire calent (en vermell) de l’interior del termiter té una densitat més baixa que l’aire fred i per això puja a la part superior del termiter fins a ser expulsat. Tot seguit l’aire que prèviament havia entrat al termiter en forma d’aire fred guanya calor (s escalfa) i per tant l’aire que ve de l’exterior l està més fred que aquest aire. Degut a això l’aire que està a dins el termiter rmiter (el que s’ha escalfat), en estar lleugerament més calent que el que entra té menys densitat i puja a la part superior del cau, i així successivament. essivament. D’aquesta manera es creen uns corrents de convecció que fan que l’aire fred es vagi renovant i que per tant la temperatura sigui constant.

Fig.23 – Imatge dels corrents de convecció en una casa

Fig.22– Esquema dels corrents de convecció en un termiter


Treball de Recerca 21 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa n

Fig.24– Esquema de la regulació de la temperatura del edifici East Gate (En vermell l’aire calent i en blau l’aire fred).

Fig.25– Imatge de l’edifici East Gate


Treball de Recerca 22 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa n -

Escarabat de Namíbia Actualment hi ha zones del planeta on l’escassetat d’aigua és un problema , però gràcies gr a

la investigació del comportament d’un escarabat la disponibilitat d’aigua podria deixar de ser un problema. Es tracta doncs d’un sistema de captació d’aigua a partir partir de la rosada i la boira, que s’inspira en el comportament de l’escarabat de Namíbia. Un insecte que sobreviu a les altes temperatures del desert recol·lectant aigua de l’atmosfera. L’insecte és originari de l’àrid desert de Namíbia, a la costa occidental cidental d’Àfrica. d’ Per sobreviure a aquestes temperatures extremes l’escarabat recull les gotes d’aigua de la boira i la rosada sobre el seu exosquelet. Aquest està recobert per unes petites protuberàncies que atreuen l’aigua i fan que s’acumuli. Llavors l’escarabat l s’inclina i petites gotes d’aigua s’acumulen en els seus bonys, convertint-se convertint a poc a poc en gotes més grans que acaben cedint pel pes i mitjançant uns canals que té en el seu llom l’aigua es canalitza fins que arriba a la seva boca, obtenint d’aquesta aquesta manera l’aigua necessària per a la seva subsistència. subsistència.

Fig.26 - Escarabat de Namíbia. Podem apreciar les petites protuberàncies encarregades de acumular l’aigua.

Fig.27 - Recol·lecció d’aigua mitjançant la rosada


Treball de Recerca 23 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa n •

JANINE BENYUS

Janine Benyus (Nova Jersei, Jersei 1958) és una biòloga i autora de sis llibres incloent: Biomimètica, cómo la ciència innova inspirándose en la naturaleza. naturaleza Des de la sortida rtida d’aquest llibre, la biòloga ha estat impartint conferències sobre la genialitat de la natura, i ha participat com a consultora d’innovació en nombroses empreses sostenibles. En l’any 1998, Benyus amb l’ajuda del Dr. Dayna Baumeister va fundar l’associació l’ass de biomimètica situada a Helena, Montana (EEUU). (EEUU). Aquesta ajuda als dissenyadors a emular i aprendre dels models naturals amb l’objectiu d’aconseguir desenvolupar productes que respectin la vida de la Terra. L’any 2005, la biòloga funda el Biomimicry Biomimicry Institute (TBI), una organització sense ànims de lucre situada tuada a Missoula, Montana (EEUU) que té com a objectiu fer promulgar i ensenyar a el coneixement de la biomimètica en enginyers, arquitectes i biòlegs. En el 2008, el TBI crea la base de dades AskNature.org Nature.org ( tot seguit en parlaré). El 2007, la biòloga, va ser reconeguda com a Heroïna del Medi Ambient per la revista Time i dos anys més tard rep el premi de Campiona Campio de la Terra en Ciència i Innovació, atorgat pel programa de les Nacions Unides per al medi ambient.

Fig. 28 – La biòloga Janine Benyus en una de les seves conferències sobre biomimètica.


Treball de Recerca 24 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa n •

ASK NATURE

Un dels homes pioners de la Biomimètica és el Dr. Julian Vincent, Director del Centre de Biomimètica i Tecnologies Naturals de La universitat de Reading, Anglaterra. En l’any 2008 el Dr. Julian jut amb el TBI van idear i una base de dades, amb tots els processos, mecanismes i dissenys que han trobat a la natura anomenada Ask Nature.org. Aquesta base de dades està oberta a tothom i permet a arquitectes, enginyers, biòlegs, biòleg dissenyadors o qui ho vulgui,, buscar mecanismes, mecanismes, processos i característiques biològiques per trobar solucions naturals (que respectin el medi ambient) als problemes tecnològics. La base de dades Ask Nature és molt senzilla d’utilitzar i qualsevol persona pot fer-ne fer ús. Les dades no es busquen per er noms de plantes o animals sinó per una paraula clau, així és molt més fàcil i ràpid utilitzar-la.

Fig.29– Fotografiaa del Dr. Julian Vincent

Fig.30 - Imatge de la portada de la página web AskNature.org


Treball de Recerca 25 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa 6. UN FUTUR BIOMIMÈTIC: A on anem? “ La humanitat necessita una visió de un futur en expansió i sense límits. Aquest anhel espiritual no es pot satisfer per la colonització de l’espai...La veritable frontera per la humanitat és la vida a la Terra, la seva exploració i el transport del coneixement sobre ella a la ciència, art i les qüestions pràctiques” Edward O. Wilson, autor de Biofilia (frase extreta del llibre Biomímesis, Janine Benyus) •

CAMÍ CAP A UN FUTUR BIOMIMÈTIC Com diu l’autora del llibre Biomímesis, Janine Benyus són quatre els passos que hem de

seguir per avançar cap a un futur biomimètic: submergir-nos en la natura, escoltar-la, compartir-la i respectar-la. - Submergir-nos en la naturalesa Els homes, en relació amb la natura que ens envolta hem sigut autistes durant segles. Sempre hem cregut que cap espècie pot ensenyar-nos més del que nosaltres sabem, al final som més intel·ligents, o això és el que pensem. Hem de mirar enrere i tornar a sintonitzar-nos amb la natura tal com ho feien els primers homes i per això ens hem de submergir en la natura. Abans el primer contacte que es tenia amb la natura era de petits. Els nens corrien pels camps i buscaven pinyes, eren tresors per ells, però malauradament vivim en un món on la natura ja no en forma part. Una part molt important d’aquest camí és tornar als nens el coneixement de la natura, que saltin, corrin i la desfruitin. Se’ls ha d’ensenyar que fora del món virtual hi ha un món real molt interessant i on es poden aprendre moltes coses. La gent gran, s’ha de deixar de llibres i documentals sobre la natura, anar corrents al bosc i gaudir d’ella directament. Acabem d’arribar a la Terra, però vivim en ella. Així que si volem quedar-nos per sempre, haurem d’observar la vida que ens ha precedit perquè ens ajudi a sobreviure.


Treball de Recerca 26 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa -

Escoltar-la Escoltar-la ens permetrà ajustar els dissenys, mecanismes i processos de la naturalesa a les

necessitats dels enginyers i científics. Actualment estem en un punt on quasi totes les infraestructures del s.XX ens estan quedant obsolets (carreteres, energia, recol·lecció d’aigua,...) i s’han de substituir. Per tant el pròxim cop que hàgem de construir, dissenyar o inventar algun sistema, per què no ens fixem abans com ho fa la natura? - Compartir-la L’única manera d’assegurar que els dissenys naturals es tinguin en compte és que biòlegs i enginyers treballin junts. El problema és que a la majoria d’enginyers no els interessa com una planta fa la fotosíntesi, i una gran part dels biòlegs no volen saber com funciona el motor d’explosió d’un cotxe. Al llarg d’aquest treball hem vist que la natura dissenya, obté energia, fa química, il·lumina, etc. i tot per aconseguir allò que nosaltres també volem fer. Per tant, la feina d’un biòleg i un enginyer no haurien d’estar en sintonia? Hem estat classificant les nostres innovacions segons el benefici que ens aporta,i ara hem de posar per davant el que és bo per la vida confiant que serà bo per nosaltres. Per això ens hem de preguntar: « durarà?»,«encaixarà?» i «la naturalesa ja ho ha solucionat?». -

Respectar-la Hem de cuidar-la, al final vivim en ella i si volem quedar-nos aquí, hi haurem de conviure.

Què millor que portar-nos bé amb ella?


Treball de Recerca 27 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa n •

PROJECTES BIOMIMÈTICS La biomimètica ens dóna pas a un futur de solucions als problemes que tenim ara. A

continuació parlaré de dos projectes que ja s’ha començat a desenvolupar però que encara no estan al mercat. -

La fotosíntesi La obtenció enció i gestió de l’energia és un dels pilars que sustenten la investigació en sistemes

biomimètics. Les previsions sobre l’esgotament del petroli i l’augment del seu preu donen pas a la recerca d’alternatives per part dels científics i enginyers de tot el món. El mateix succeeix amb el canvi climàtic, protagonista de la situació ambiental que patim ara, els pols es desfan, les temperatures augmenten,etc. Afortunadament, les plantes i altres sers autòtrofs

12

,

capaços de sintetitzar el seu propi aliment, poden p ajudar-nos nos a solucionar els dos problemes. El procés de la fotosíntesi va inspirar un equip de científics dirigits per Daniel Nocera, que durant l’any 2011 van presentar una fulla artificial. En ella, un petit catalitzador

13

de silici, cobalt i níquel uel (tres elements de

cost barat) era capaç de separa el hidrogen del oxigen que compon l’aigua (H₂O)sense ₂O)sense cap altra font d’energia que la llum solar. Per que funcioni només és necessari Fig.31 – Imatge de full artificial en funcionament

introduir la placa a dintre un got d’aigua (vegeu el vídeo: http://www.youtube.com/watch?feature=player_embed

ded&v=LEEhxk-CiOQ) -

Les ales de les papallones El científic Tongxiang Fan de la universitat de Jiao Tong, Xangai, han copiat l’estructura l’estructu de la

zona negra de les ales de la papallona Papilo helenus per accelerar l’efecte catalitzador i aprofitar millor la radiació solar. Des de fa temps, els científics saben que les zones negres posseeixen unes escames que fan la funció de col·lectors, el que permet a la papallona mantenir la seva temperatura corporal. El científic d’origen xinès va observar amb el 12

Autòtrofs: Organismes que obtenen energia a partir del sistema de l’autotròfia. l’ . Aquest és un sistema d'obtenció de matèria orgànica produïda en el mateix organisme que se n'ha de nodrir; la font més comuna per a aquest metabolisme és el diòxid de carboni o altres formes inorgàniques del carboni 13

Catalitzador: substància que incrementa la velocitat d'una reacció química.


Treball de Recerca 28 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa n microscopi fins al més mínim detall de l’estructura de les seves ales per reproduir-la reproduir mitjançant un compost de diòxid de titani i nanopartícules nanopartí de titani. Per separar l’oxigen i l’hidrogen es necessiten grans quantitats d’energia (mètodes tradicionals). Aquest ha sigut un dels factors que ha provocat que els cotxes no funcionin amb piles de combustibles d’hidrogen14. No obstant això, en la capacitat apacitat que tenen els organismes per transformar la matèria orgànica en inorgànica i la llum en energia química, podria trobartrobar se la solució als nostres problemes energètics. Però s’ha de dir, que tot i els avanços en aquest tema, de moment la nostra capacitat capa per aprofitar la llum solar és escassa.

Fig. 32 – Imatge de l’estructura de les ales de la papallona.

FRACÀS O REVOLUCIÓ? En aquest uest punt del treball donaré la meva me opinió personal, ja que crec que a aquestes

altures del treball puc contestar a la pregunta. Començaré citant una frase que em sembla molt mol interessant i trobo que sintetitza molt bé el que vull intentar fer entendre en aquest apartat. «Estem a la vora d'una revolució material que serà comparable a l'edat de ferro i a la revolució industrial. Estem fent un salt que avança cap a una nova era de materials. Al proper segle, crec que la biomimètica alterarà significativament la nostra manera de viure» Mehemet Sarikaya, catedràtic de Ciència i Enginyeria de Materials, Universitat de Washington. Avui en dia, la crisis energètica, el canvi climàtic, la superpoblació o l’amenaça de les epidèmies ens porten a mirar de nou a la naturalesa. Necessitem un model a seguir una llum al 14

Piles de combustible: Una pila de combustible, també anomenada cèl·lula o cel·la de combustible és un dispositiu electroquímic que transforma de forma directa l'energia química en elèctrica. És similar a una bateria.


Treball de Recerca 29 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa final del túnel i aquesta llum és la natura. Si l’observem veure’m com gestionaria ella aquests problemes. Només ens en sortirem si ho fem així i comencem a veure-la com la font de la nostra inspiració. Científics i enginyers comencen a adonar-se que la natura és més sàvia que nosaltres, si fins i tot ho diu la teoria de l’evolució de Darwin, però fins ara no ens havíem parat a pensarho. S’estan engegant projectes a tot el món, la revolució ja ha començat i a poc a poc anirà creixent, és inevitable. 7. CONCLUSIONS Durant el desenvolupament d’aquest treball he descobert en què consisteix la ciència de la biomimètica. De tota manera, no hem d’oblidar que l’estudi de la biomimètica es troba en plena evolució, i en realitat, són conceptes pocs coneguts per la majoria. Durant milers d’any, l’home ha intentat adaptar la natura a la seva manera de viure fins que s’ha donat conte que és ell qui s’ha d’adaptar a ella. Amb això no vull dir que hàgim de viure com les tribus aborígens sinó simplement que la respectem més del que ho fem ara. Aquí és on entra la biomimètica, ja que és una de les solucions per seguir vivint com ho fem ara (en l’àmbit de la tecnologia) però respectant la Terra. M’hauria agradat estudiar més a fons la biomimètica però m’he trobat amb problemes de temps, tot fruit de la meva “mandra” i no n’estic gaire orgullosa. Tot i això crec que el resultat ha estat positiu i acabo aquest treball tenint uns coneixements que abans no tenia. Així doncs com a conclusió d’aquest treball, he descobert que la natura i la nostra vida poden ser compatibles, i remarco, com ja he fet vaires vegades al llarg del meu treball, que la natura és molt més intel·ligent del que ens pensem.


Treball de Recerca 30 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa

BLOC PRÀCTIC


Treball de Recerca 31 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa 8. INTRODUCCIÓ El jove americà de 13 anys, Aidan Dwyer durant una passejada pel bosc va observar que les branques dels arbres seguien un patró semblant al de la successió de Fibonacci. El jove americà es va preguntar si aquell patró que seguien les fulles dels arbres tenia alguna relació amb la captació del sol i la fotosíntesi. Un cop va haver fet els estudis sobre la successió de Fibonacci i la seva relació amb l’eficiència de les plaques, va voler comprovar-ho. Per això va construir un model de panels solars amb forma de arbre seguint la seqüència matemàtica i una model de plaques solars col·locades en una taulada. Desprès de construir les dos maquetes va procedir a calcular l’eficiència en cadascuna i aquests van ser els seus resultats: el disseny en espiral captava 2,5 hores més de llum solar durant el dia, inclòs quan el sol estava baix en el cel (perfecte per a llocs amb poca incidència solar), ocupava menys superfície (ideal per a zones urbanes amb poc espai), la seva eficiència no es veia reduïda quan hi havia ombra i no permetia l’acumulació de pluja, neu o brutícia. 9. PROBLEMES El primer problema que va tenir el jove americà, va ser la inclinació de les plaques, el lloc i el temps de l’experiment. En la latitud de Nova York (on es va dur a terme l’experiment), el sol està molt a prop de l’equador, això vol dir que un panell solar orientat amb 45° respecte a l’horitzontal captarà poca llum solar. La solució hauria estat posar els panells solars a diferents angles, així si un d’ells té ombra, l’altre pot estar apuntant directament al sol. Però l’error més greu que va cometre va ser el següent: El jove inventor va agafar l’arbre que havia fet i amb l’ajuda d’un multímetre 15 va calcular el voltatge de les plaques. El que ell no sabia era que el voltatge en un panell solar és pràcticament constant. Si es vol calcular l’eficiència d’unes plaques s’ha de calcular la potència, i per això necessites calcular la intensitat (P = I·V). La disposició de Fibonacci pot ser que doni un valor més gran de V, però l’energia obtinguda és proporcional a I, que a la vegada depèn de la intensitat de llum que arriba a la placa solar.

15

Voltímetre: és un instrument de mesura electrònic que mesura magnituds elèctriques, ja siguin actives (corrents, potencials...) o passives (resistències, capacitats,...). Pot fer mesures en corrent continu o en corrent altern, depenent del instrument.


Treball de Recerca 32 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa Tot i haver-se equivocat s’ha de dir que el jove americà té un enginyi al qual molts aspirarien a arribar i sota cap condició s’ha de menysprea el seu experiment. Amb tant sols 13 anys va ser capaç d’observar la natura, es va pregunta, va intentar resoldre el problema i va dissenyar un experiment per sortir de dubtes. No hi ha dubte que és un autèntic científic. 10.LA MEVA PROPOSTA La meva proposta consisteix a reproduir l’experiment de Aidan Dwyer, intentant variar algunes característiques tal d’aconseguir resultats més reals que desprès pugi comprovar. Sé que si es mira amb lògica aquest experiment no té cap mena de sentit. És evident que les plaques col·locades a la teulada donaran una potència més elevada que les col·locades a l’arbre, tot i això trobo que és un experiment molt interessant i per això tot i saber els problemes que comporta m’he decidit a dur-lo a terme. • CONEIXEMENTS PREVIS NECESSARIS Avanç de dur a terme aquest experiment vaig haver d’informar-me sobre alguns aspectes. -

La successió de Fibonacci Leonardo de Pisa (1170-1240), més conegut com a Fibonacci era un matemàtic italià del

segle XII. Leonardo fou el primer matemàtic que escriu la successió matemàtica que rep el seu nom, la successió de Fibonacci. La successió de Fibonacci és una successió matemàtica de nombres naturals tal que cadascun dels seus nombres és igual a la suma dels dos anteriors. 1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,.. 0+1=1; 1+1=2; 2+1=3; 3+2=5... L’aplicació més coneguda d’aquesta successió és el problema de la reproducció dels conills. Fou descrita per Fibonacci i diu el següent: “ Una parella de conills tarda un mes en arribar a l’edat fèrtil, a partir d’aquest moment cada vegada engendra una parella de conill, que a la vegada, després de ser fèrtils engendraran cada mes una parella de conills. Quants conills tindran al cap d’un determinat nombre de mesos?”


Treball de Recerca 33 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa

Fig.33 - Reproducció dels conills (successió de Fibonacci)

Com es pot veure en la imatge el número de parelles coincideix amb els números de la successió. I com aquest exemple apareixen molts més en la natura com: la reproducció de les abelles, el creixement dels arbres,... -

La Successió de Fibonacci en la natura (flors,plantes,arbres,...) La successió de Fibonacci també està present en l’organització i el creixement de les

fulles, plantes i arbres. Les branques i les fulles de les plantes es distribueixen intentant sempre buscar el màxim de llum cadascuna (per poder dur a terme la fotosíntesi), per això cap fulla neix just en la vertical de l’anterior (no es fan ombra entre elles). La distribució d’aquestes fulles al voltant de la planta es produeix seguint la seqüència de Fibonacci.

Fig.34 – Successió de Fibonacci (número de fulles)

Fig.35 – Successió de Fibonacci (número d’espirals)


Treball de Recerca 34 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa La majoria de plantes (un 90%) creixent amb els patrons de la seqüència matemàtica (vegeu fig.2). En aquesta figura podem veure que el nombre de fulles que té la planta pertany a un número de la successió de Fibonacci i que si contem el nombre de voltes (en hèlix) que fa seguint la posició de les fulles segons l’ordre en què van apareixent, també ens dóna un número de la successió matemàtica (vegeu fig.3). Gran part dels arbres també creixen seguint la successió de Fibonacci. Per explicar-ho d’una manera senzilla utilitzaré el següent exemple: “Cada branca madura brota una altra branca cada any, i les noves branques triguen un any en madurar.”

Fig.36 – Arbre de Fibonacci (les branques amb negreta són les madures).

-

Inclinació de les plaques solars Desprès d’estar buscant informació vaig trobar que la inclinació de les plaques solars a

Espanya oscil·la entre els 30° i els 60° depenent l’època de l’any. En el cas de Barcelona vaig trobar que la inclinació que normalment tenen les plaques és de 45°, ja que és l’angle que més aprofita el sol a l’estiu però, com que el meu experiment es durà a terme a l’octubre (el sol està lleugerament més baix) he decidit agafar una inclinació de 35° que és la més adient entre els mesos de novembre i desembre.


Treball de Recerca 35 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa •

MATERIAL NECESSARI PER L’EXPERIMENT

El material que he empreat és:

1. Per la maqueta de la casa -

2. Per l’arbre

1 làmina de cartró

-

2 tubs de PVC

Ploma (29,7x42 cm)

-

Pistola de silicona

-

Cúter

-

3 plaques solars

-

3 plaques solars

-

1 cable elèctric

-

1 m. de cable elèctric

-

Voltímetre

-

Pistola de silicona

-

soldador

-

Voltímetre

-

Soldador

El meu experiment

La meva part pràctica, com ja he dit abans, consisteix a fer una maqueta d’una casa, col·locar-li tres plaques solars i fer una maqueta d’una planta, situant les plaques solars al lloc on haurien d’anar les fulles. Finalment calcular els resultats i compara quina de les dues té més eficiència. A l’hora de fer la maqueta de la casa no va haver-hi cap tipus de complicació. Amb un llapis i una regla vaig marcar les següents mides al cartró ploma i tot seguit amb l’ajuda d’un

9cm

cúter, les vaig tallar.

4 cm

9cm

35°

12.5 cm

13 cm


Treball de Recerca 36 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa Un cop tallades les peces de la casa, amb l’ajuda d’un llapis vaig dibuixar a la teulada uns quadrats lleugerament més petits que les plaques perquè els cables poguessin passar a través d’ells. Seguidament vaig enganxar les plaques a la teulada i un cop enganxades i construïda la maqueta li vaig donar una mà de pintura per que tingues millor aspecte. Aquest en va ser el resultat.

Fig.37 – Imatge de la maqueta de la casa

A l’hora de fer la planta va ser una mica més complicat . Primer havia d’escollir si feia o bé una planta o bé un arbre. Abans d’escollir quina de les dues opcions triava vaig decidir fer un croquis per fer-me una idea de com quedaria (aproximadament). Aquestes eren les meves dues opcions. 3 3 2

1 Hèlix

2

1 1

Fig. 38- Prototip del meu arbre de tres branques (les línies representen les plaques)

1

Fig.39- Prototip de la meva planta de tres fulles (les línies representen les plaques.


Treball de Recerca 37 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa Finalment vaig decidir-me per la planta, ja que era menys complicada a l’hora de construir-la. Un cop triat el disseny de la planta, amb l’ajuda d’un cúter vaig tallar un tub de cartró de 15 cm de llarg, tot seguit amb una broca vaig foradar el tub perquè els cables passessin per el seu interior, i amb l’ajuda d’un cúter vaig fer unes petites ranures per subjectar les plaques. Seguidament vaig col·locar les plaques solars cadascuna al lloc on havia fet les ranures. Primer tenia la intenció de posar-les totes amb un angle de 35°, però després vaig pensar posar les tres plaques en angles diferents tal com ho estan les fulles (perquè fos més realista) i així veure si també captaven el sol quan no estava a la posició més alta. Desprès d’estar pensant durant una bona estona vaig acabar escollint les següents inclinacions: 35°,45° i 60°(sempre amb l’oscil·lació). Per acabar vaig donar-li una mà de pintura. Aquest en va ser el resultat.

Fig.40 – Imatge final de la meva planta


Treball de Recerca 38 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa Un cop acabades les maquetes vaig mesurar la intensitat que passava per cada placa i vaig avaluar resultats. Per fer-ho vaig portar les dos maquetes a un lloc obert ( un parc) on el sol incidís des de tots costats. Un cop al parc vaig deixar a terra les dos maquetes (orientades sempre cap al sud) i vaig obtenir els segßents resultats*: Primera mesurar realitzada a les 12:00 del 27 d'octubre Plaques arbre Intensitat (mA) 1 11,08 2 3,09 3 9,81 Plaques casa Intensitat (mA) 1 11,06 2 11,03 3 11,12 Segona mesura realitzada a les 15:00 del 27 d'octubre Plaques arbre Intensitat (mA) 1 8,28 2 6,78 3 7,23 Plaques casa Intensitat (mA) 1 8,28 2 8,26 3 8,24

Tercera mesura realitzada 18:00 del 27 d'octubre Plaques arbre Intensitat (mA) 1 3,4 2 1,29 3 2,7 Plaques casa Intensitat (mA) 1 3,2 2 3,12 3 3,38

*Els resultats obtinguts tot i que els he repetit varies vegades poden no ser exactes.


Treball de Recerca 39 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa Un cop obtinguts els resultats de la intensitat vaig calcular la potència (P = V*I; sabent que cada placa té un voltatge aproximat de 50 V). Els resultats van ser els següents:

Primera mesurar realitzada a les 12:00 del 27 d'octubre Plaques arbre Potència (mW) 1 554 2 154,5 3 490,5 Plaques casa Potència (mW) 1 553 2 551,5 3 556

Segona mesura realitzada a les 15:00 del 27 d'octubre Plaques arbre Potència (mW) 1 414 2 339 3 361,5 Plaques casa Potència (mW) 1 414 2 413 3 412

Tercera mesura realitzada 18:00 del 27 d'octubre Plaques arbre Potència (mW) 1 170 2 64,5 3 135 Plaques casa Potència (mW) 1 160 2 156 3 169


Treball de Recerca 40 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa 11. CONCLUSIONS Els resultats obtinguts són els que m’esperava. La potència desenvolupada per les plaques col·locades a la teulada és més alta que les col·locades en forma d’arbre. Això és degut a què les tres plaques estan inclinades en l’angle que més aprofita al sol en aquesta latitud i orientades al sud, que és l’orientació que més energia solar capta, en canvi les plaques solars col·locades en forma de planta estan totes tres orientades de manera diferent i amb angles d’incidència desiguals. He de dir que no he mesurat resultats en hores on el sol està més baix o més alt i això segurament hagués canviat una mica els resultats, ja que les plaques col·locades a l’arbre estan en diferents inclinacions i degut a això probablement haguessin captat més energia solar que les de la casa. Aquest experiment em dóna que les plaques col·locades en forma d’arbre tenen menys eficiència però, he de dir que jo he realitzat l’experiment amb tres plaques solars i un arbre ocupa molta més superfície. Per tant el meu experiment no demostra res, s’hauria de comprovar a gran escala i això ja ho deixo pels científics experts.


Treball de Recerca 41 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa 12. BIBLIOGRAFIA i WEBGRAFIA

Bibliografia

ADRIAN, Bejan i J. PEDER Zane: Design in nature. New York, Anchor Books, 2012. BENYUS, Janine : Biomímesis, cómo la ciencia innova inspírandose en la naturaleza. Barcelona, Tusquet Editores, 2012. BURTON Bruce Coleman ,Robert i BURTON, Jane: El fabuloso mundo de las aves, Barcelona, 1997. CASSES i Associats S.A: Las maravillas del mundo. Barcelona, La Vanguardia edicions. HUNTLEY, H.E. : The divine proportio, a study in mathematical beauty. New York, Dover Publications , 1970. PERMANYER, Lluís i LEVICK, Melba: El Gaudí de Barcelona. Barcelona, Edicions Polígraf S.A, 1996. REY, Jorge: “Biomimética, Inspiración natural”. Muy interesante, n°380 (2013), p. 88-91

• Webgrafia Vídeos http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=KGB1OEcF43g http://www.ted.com/talks/michael_pawlyn_using_nature_s_genius_in_architecture.html http://www.ted.com/talks/janine_benyus_biomimicry_in_action.html http://www.rtve.es/alacarta/videos/redes/redes-innovar-copiando-naturaleza/335907/

http://www.ted.com/talks/michael_pawlyn_using_nature_s_genius_in_architecture.h tml http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=LEEhxk-CiOQ Pàgines web http://www.revell.de/leonardo/content/los_modelos/la_mquina_voladora/index_spa.html http://www.sagradafamilia.cat/sf-cast/docs_instit/geometria3.php http://biomimicry.net/


Treball de Recerca 42 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa http://www.asknature.org/ http://biomimetica.biomimetiks.com/category/tecnologia/ingenieria/ http://faircompanies.com/news/view/biomimesis-10-disenos-que-imitan-la-naturaleza/ http://basebiomimetica.blogspot.com.es/ http://parc.wustl.edu/ http://www.octopusproject.eu/ http://geb.uma.es/ Exposicions Roca i Estudi Ramon Folch: Biomimesis: El disseny inspirat en la natura. Roca Barcelona Gallery, (2013), del 1 de març al 25 de maig.


Treball de Recerca 43 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa n 13. ANNEX I : ALTRES EXEMPLES DE BIOMIMÈTICA

Flor de Lotus

Un altre cas de biomimètica és el mecanisme que utilitza el Lotus de L’Índia, una planta aquàtica perenne16, per eliminar la brutícia que se li acumula i així facilitar la seva fotosíntesis. Les seves fulles tenen una superfície rugosa amb Micro grànuls que concentren les petites gotes d’aigua i fan que rellisquin al llarg de la fulla emportant-se emportant amb mb elles la brutícia acumulada. Aquest mecanisme s’ha imitat per aconseguir superfícies antibrutícia, com per exemple teixits impermeables, vidres o pintures que faciliten la seva neteja. •

Pell del tauró

Els taurons han inspirat a molt enginyers degut a la seva facilitat per nadar a altes velocitats sota l’aigua. Aquesta característica es deu principalment a la forma del seu cos (aerodinàmica) i a la presència de uns petits denticles17 en la seva pell. Aquestes escames fan que l’aigua flueixi molt millor i redueixen edueixen la fricció. Científics de tot el món estudien teixits i recobriments inspirats en la capacitat de reduir la fricció de l’aigua de la pell del tauró per aplicaraplicar ho en vaixells i avions. Però s’ha donat una nova utilització a aquest mecanisme aplicant-lo apli lo en banyadors de natació i el resultat ha estat positiu ja que just desprès de ser llançat al mercat van caure nombrosos rècords mundials.

16

Perenne: Dit de la planta que viu tres o més anys.

17

Denticles: Dent molt petita o formació que en té l'aspecte.


Treball de Recerca 44 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa n •

Les aletes de les balenes

La balena, el mamífer més gran de la terra es conegut per la seva eficiència a l’hora l’h de capturar grans quantitats de krill. Aquesta destresa es deguda al disseny de les seves extremitats, que tenen un nòduls aparentment situats de manera aleatòria i amb una regularitat incomprensible. L’estudi d’aquestes protuberàncies ha trobat que: gràcies a aquest nòduls, es creen uns corrents d’aigua que ajuden a l’animal a estabilitzar la seva inèrcia i a moure’s amb més destresa, facilitat i precisió que alguns animals de menor volum. Alguns científics han volgut estudiar aquests petits nòduls i han trobat que augmenten l’aerodinàmica i l’estabilitat. Davant la sorprenent eficiència

en l’aerodinàmica d’un cosa tant pesat i

extens com el de la balena degut a unes petites protuberàncies en les seves aletes, una empresa anomenada WhalePower ha aplicat el mateix principi de disseny a les turbines eòliques per augmentar la seva eficiència. Es creu que aquest mateix disseny es podria aplicar en avions, ventiladors i altres aplicacions similars que requereixin optimitzar la fricció de grans masses. •

Gira-sols

En moltes de les plantes solars els miralls es disposen en cercles concèntrics, i hi ha moments del dia en els que degut a la posició del sol i de les plaques apareixen ombres y alguns miralls poden evitar l’arribada dels rajos de sol als altres. No obstant això, uns investigadors del MIT han descobert que si distribueixes aquests panells de manera anàloga18 a les llavors d’un gira-sol gira (espiral de Fermat) , cadascun formant un angle de 137° amb l’anterior, es redueixen les ombres i d’impediment del sol entre panells. Degut això augmenta la generació d’energia i es redueix l’espai utilitzat (envers la disposició clàssica). 18

Anàloga: de manera semblant.


Treball de Recerca 45 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa n Aquesta organització dels panells solars ja s’ha dut a terme en algunes plantes com per exemple, la de concentració solar (CSP) propera a Sevilla.

A l’esquerra, disposició radial original de la planta termosolar de Sevilla i a la dreta, model més eficient del MIT inspirat en les llavors del gira-sol.

Blauet

El tren bala Shinkansen de la companyia de ferrocarrils Japonesa és el tren més ràpid del món (320 km/h). Aquest tren se l’anomena tren bala degut a la forma arrodonida que té. Aquesta forma aerodinàmica el permetia viatjar viatjar a velocitats molt elevades, però cada vegada que entrava en un túnel s’acumulava una ona de pressió que al sortir provocava un esclat sònic. Els passatgers i els residents dels voltants de les vies es queixaven del soroll així que s’havia de trobar una solució ja. Un dels enginyers del tren era ornitòleg i un dia esta en una reunió parlant del Blauet i va pensar: “ Els blauets van d’una densitat, l’aire, a una altra, l’aigua sense ni tant sols esquitxar. Per què no apliquem la forma del Blauet al tren bala? I així evitarem l’esclat sònic.


Treball de Recerca 46 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa n L’enginyer va proposar la seva idea i la van aplicar. El tren es va silenciar i a més a més es va aconseguir accelerar-lo accelerar lo un 10% més utilitzant un 15% menys d’energia elèctrica.

Curare

Un altre exemple de l’àrea l’àrea de la biomimètica és l’anestesia. Existeixen anestesies naturals, com les que utilitzen les vespes per immobilitzar a les seves preses i així poder-les poder mantenir en bones condicions abans de menjar-se-les. menjar D’aquesta manera, l’ésser humà ha desenvolupat anestesies anestesies per a intervencions mèdiques. Un d’aquests exemples és la substància natural anomenada curare, un verí utilitzat des de fa anys pels indis de l’Amazonas que posa’n a les fletxes per caçar. Aquest verí natural l’obtenen de la varietat de planta Chondrodendron tomentosum19. Un científic va fixar-se en la capacitat de paralitzar d’aquest verí, i va creure que es podria aplicar en l’anestesia en forma de relaxant muscular. Un temps desprès es va poder aïllar el principi actiu (anestesiant) i es va sintetitzar en els laboratoris.

19

Chondrodendron ondrodendron tomentosum : Es una gran liana tropical nativa del centre de Sud--americà. Es distribueix per Brasil, sil, Perú, Guyana, Equador, Panamà i Colòmbia.


Treball de Recerca 47 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa n •

“Boxfish”

El cotxe Mercedes-Benz Benz bionic concept, es ecològic, econòmic i aerodinàmic. Aquest automòbil està basat en el disseny del peix caixa (boxfish). Les característiques d’aquest peix el fan extremadament establee degut que posseeix una estructura molt resistent, i a més a més té molt poca resistència a l’aigua, concretament 0,19 (menys que la d’un pingüí). La resistència a la fricció de l’aire d’un cotxe ben dissenyat té un coeficient de 0,26. Les seves característiques stiques també el permeten que es mogui amb una despesa energètica mínima. El resultat de la combinació entre el peix caixa i un cotxes és, un automòbil ràpid,estable,resistent i ampli, que redueix un 80% les emissions d’òxid de nitrogen. •

La seda d’aranya Des de fa anys, aquest material meravella a enginyers i científics d’arreu del món. Tot i la seva aparença fràgil, combina una gran resistència mecànica i una elasticitat enorme, la que la converteix en un dels materials més durs coneguts fins ara. Les fibres res de la seda de l’aranya (compostes per proteïnes) són molt més resistents que un cable d’acer de un gruix aproximadament igual , i a més a més tenen major elasticitat (poden allargar-se allargar fins a un 135% de la seva longitud inicial abans de trencar-se). trencar La

teranyina de l’aranya Caerostris Darwini (anomenada anomenada així en honor al naturalista Charles Darwin) descoberta a Madagascar l’any 2008 i coneguda per crear les xarxes més grans del món, és capa�� d’oferir una resistència 10 vegades superior a la del kevlar20. Segons uns estudis realitzats per el professor Xinwei Wang, de la universitat de Iowa, la seda d’aranya condueix millor la calor que el silici, el coure o el ferro. Però tot i que és la protagonista de molts projectes, fins ara ningú ha sigut capaç de copiar-la copi la i produir-la produir a gran escal 20

Kevlar: Material amb el que es fabriquen les armilles antibales. antibales


Treball de Recerca 48 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa n

14. ANNEX II : GALERIA D’EDIFICIS BIOMIMÈTICS

Fig. 41 – La meva mare i jo al cub d’aigua de Pekín ( Centre Aquàtic Nacional de Pekín) construït durant les olimpíades del 2008.

Fig.42 – Edifici Media-TIC del barri @22 de Barcelona.


Treball de Recerca 49 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa n

Fig.43 - Projecte de la construcció d’un laboratori d’investigació d’investigació biomimètica al desert de Namíbia. La forma i les característiques de l’edifici estan inspirades en la planta Welwitschia.

Fig.44 - Projecte de l’edifici Arizona Tower creat per l’arquitecte Dennis Dollens. L’edifici està inspirat en el funcionament d’una planta.


Treball de Recerca 50 Biomimètica: innovar copiant la naturalesa 15. ANNEX III : FRASES BIOINSPIRADES «Els nostres models han de provenir del món natural. Hem de respectar amb la humilitat dels savis les lligadures d'aquest món natural i el misteri que subjeu després d'elles, admetent que hi ha alguna cosa en l'ordre del ser que evidentment sobrepassa la nostra capacitat.» Václav Havel, ex president de la República Txeca. « Amb testos de flors, envoltat de vinyes i oliveres, animat pel cloquejar de les gallines, el cant dels ocells i el dels insectes, i amb les muntanyes de Prades al fons, vaig captar les més pures i plaents imatges de la Natura, que sempre és la meva mestra. » Antoni Gaudi. «Si l'edat de la Terra fos un any i el present, un sospir abans de la mitjanit de Nit de cap d'any, nosaltres apareixeríem fa quinze minuts, i tota la història escrita es concentraria en els últims seixanta segons. Per fortuna per a nosaltres, els nostres companys planetaris - el fantàstic entramat de plantes, animals i microbis- han estat perfeccionant pacientment les seves tecnologies des de març, és a dir, uns increïbles 3800 milions d'anys des del primer bacteri.» Frase extreta de llibre: Biomímesis, cómo la ciencia innova inspirándose en la naturaleza de Janine Benyus. «El que importa és que ens traguem el nostre orgull i comencem a reconèixer que els animals tenen molt a ensenyar-nos » Richard Wrangham, Michel Huffman, Karen Strier i Eloy Rodríguez, pioners de la zoofarmacognosia21. «La naturalesa no es un temple, sinó un taller, i l’home és un obrer.» Leonardo da Vinci.

21

Zoofarmacognosia: automedicació animal


Biomimètica: innovar copiant la naturalesa