ENTOMIMICRY / ENTOMIMETICA

ALEJANDRO SOFFIA VEGA ARQUITECTO

TRANSFERENCIAS AL DISEÑO DESDE LA MORFOLOGÍA Y EL COMPORTAMIENTO DE LOS INSECTOS

Pontificia Universidad Católica de Chile Facultad de Arquitectura, Diseño y Estudios Urbanos Programa de Magíster en Arquitectura

Tesis presentada para obtener el grado de Magíster en Arquitectura año 2011 Profesor Guía: Pedro Alonso Zúñiga

ALEJANDRO SOFFIA VEGA ARQUITECTO

TRANSFERENCIAS AL DISEÑO DESDE LA MORFOLOGÍA Y EL COMPORTAMIENTO DE LOS INSECTOS

Pontificia Universidad Católica de Chile Facultad de Arquitectura, Diseño y Estudios Urbanos Programa de Magíster en Arquitectura Tesis presentada para obtener el grado de Magíster en Arquitectura año 2011 ALEJANDRO SOFFIA VEGA Profesor Guía: Pedro Alonso Zúñiga

ENTOMIMÉTICA

ÍNDICE

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Agradecimientos

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Introducción. La entomimética como oportunidad para el diseño sostenible

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1.

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2. Transferencias al Diseño desde la morfología y el

comportamiento de los Insectos 2.1 Termitas Bioclimáticas para el manejo pasivo de

la temperatura 2.2 Escamas digitales para el ahorro de energía eléctrica 2.3 El escarabajo atrapanieblas y la optimización del agua

en zonas áridas

50 64

72 73 77

3. Hacia una definición de la Entomimética

3.1 Una cuestión taxonómica

3.2 Entomimética en el contexto de los distintos enfoques

de la Biomimética

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4. Desafíos y oportunidades para la transferencia tecnológica desde

los insectos

4.1 Definición de una metodología para futuros casos de

diseño Entomimético

4.2 ¿Cómo se implementa la transferencia tecnológica

en la Entomimética?

Bibliografía Índice de ilustraciones

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Cualidades de los insectos desde la perspectiva del diseño 1.1 La subclase Insecta en el contexto de la Biomimética 1.2 Los insectos desde la perspectiva del diseño 1.3 Morfología y comportamiento de la subclase insecta

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A la hora de concluir un trabajo de esta magnitud uno piensa en todas las personas que de manera directa o indirecta han participado de la inquietud que lo detona, o de su proceso asociado. Desde este punto de vista quisiera agradecer a René Perea y Francisco Quintana quienes me exigieron el cruce definitivo entre los insectos y el diseño. Quisiera agradecer también a aquellas personas del Programa del Magíster que como guías o compañeros hicieron de esta experiencia algo muy llevadero. En primer lugar a su director, Hugo Mondragón, quién fue una contraparte muy proactiva. A mi profesor guía, Pedro Alonso. En especial a mis amigos Pedro Livni, Jaime Pascual, y Gonzalo Carrasco. A Claudio Labarca, Juan Eduardo Ojeda y Rodrigo Gómez del curso “Modelos y Prototipos”. Claudio Magrini y Francisco Donoso, quienes han apostado por esta nueva temática en el ámbito académico. A Aníbal Fuentes y Pablo Casals-Aguirre, quienes me han ayudado en los cursos que he realizado sobre Biomimética. Desde afuera también recibí los consejos esclarecedores de Ilaria Mazzoleni y Andrés Harris, quienes ya tenían experiencia en el tema. En particular a Claudia Larraín, quién me contactó con Ilaria y colaboró con la definición de mi investigación. A Leonardo Suárez por los dibujos.Y a todos aquellos que se me puedan olvidar en este momento, por favor siéntanse identificados con esta frase. Por último, quiero agradecer a conicyt quién me becó para realizar estos estudios de postgrado, con su línea de fomento de estudios de Magíster en Chile.

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AGRADECIMIENTOS

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INTRODUCCIÓN

El escarabajo Onymacris unguicularis (Figura 01 01) vive en el desierto de Namibia. Como es de esperar, en este tipo de lugares cuando el agua no es escasa, no existe. ¿Cómo lo hace para sobrevivir entonces? Bien, su cuerpo presenta una superficie que actúa como un “atrapaniebla”, que sumado a su disposición en relación a la brisa marina cercana, produce la condensación necesaria para adquirir el vital elemento día a día (Figura 01 02). No cabe duda alguna que en un escenario global donde la aridez va en aumento, aquellas estrategias exitosas para acceder al agua dulce serán cada vez más demandadas. Pero así como este escarabajo, existen muchas especies de plantas y animales que presentan formas y comportamientos que les permiten obtener agua de manera exitosa. ¿Y que pasaría si pudiésemos transferir estas formas y comportamientos al diseño de objetos o edificios? Podríamos, por ejemplo, facilitar la vida humana y/o potenciar la productividad de la tierra en zonas áridas carentes de este importante recurso natural.

1 “Taxa” corresponde a cada una de las categorías ordenadas jerárquicamente que agrupan a los organismos vivos según sus características morfológicas.

De esta manera, “Orden” y “Clase” son categorías, pero “Clase” asocia una menor cantidad de características comunes, y por lo tanto, una mayor cantidad de especies. Así “Orden”, incluye a organismos que comparten muchas características morfológicas, por lo tanto es un grupo más pequeño en especies. “Orden” por lo tanto, subyace jerárquicamente a “Clase”.

Detengámonos a observar ahora las muchas especies de mariposas que se desenvuelven durante la noche (Suborden Heterocera).

Algunos les llaman “polillas” (Figura 01 02). En estos casos la oscuridad de la noche es el mejor aliado contra sus depredadores.

De esta manera, la mayor parte de su cuerpo es opaco y en muchos casos además, oscuro. Por lo mismo, y para evitar destellos que las puedan delatar, la única superficie brillante de su cuerpo, sus ojos, poseen una microtextura que impide su reflejo para no ser detectadas. En este caso, la conformación nanométrica de la superficie de sus ojos tiene una textura tal que absorbe completamente cualquier luminosidad posible (Figura 01 02).

Así permanecen ocultas mientras vuelan en la oscuridad de la noche. ¿Que sucedería si los componentes constructivos que generan energía o calor a través de la radiación solar ocuparan el mismo principio de absorción de la luz? Probablemente podrían optimizar los rayos solares y producir mucha más energía que la que producen actualmente. Ambos casos, Escarabajos (Orden Coleoptera) y las Mariposas (Orden Lepidoptera) pertenecen a la clase de los insectos (Hexapoda), pero quizás son las expresiones morfológicas más distintas dentro de la misma taxa 1. Lo que tienen en común estos casos citados, es que poseen formas y/o comportamientos que pueden resolver los mismos problemas de

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LA ENTOMIMÉTICA COMO OPORTUNIDAD PARA EL DISEÑO SOSTENIBLE

Figura 01 01. Escarabajo capturando agua en el desierto.

Figura 01 02. Mariposa nocturna sobre vidrio.

2 Del griego “éntomos”, insecto, y “mimesis”, imitación.

diseño a los que nos enfrenta el paradigma del desarrollo sostenible.

Si bien la observación de los componentes de la naturaleza no es un fenómeno reciente, el enfoque contemporáneo de lo que se ha llamado “biomimética” o “biomímesis” concentra su mirada en formas, comportamientos o fenómenos de la naturaleza que optimizan sus recursos atenuando un impacto negativo en ella.

Luego es necesario que aquello que es observado en su estado natural, o lo que podemos entender como “referente biológico”, se transfiera tecnológicamente mediante principios físicos, formas y/o desempeño al diseño, para finalmente colaborar con la producción de un entorno medio ambientalmente más benigno. La “biomimética” opera en base a cualquier expresión de la naturaleza, sean organismos vivos o fenómenos abióticos. Es decir, toma como casos de transferencia al conjunto de elementos que conforman nuestra biosfera, lo que permite tener una gran cantidad de casos, tantos como especies, tantos como fenómenos. Sin embargo, centraremos la mirada particularmente en la taxa de los insectos, que han demostrado ser el grupo más exitoso en términos evolutivos, y que en el desarrollo reciente de la biomimética, no sólo integran el mayor número de transferencias realizadas al día (Bushan, 2009), sino que además integran la fuente más extensa de referencias biológicas a partir de las aproximadamente 1.000.000 de especies descritas para nuestro planeta. De esta manera, acotaremos el conjunto de casos según el sistema de clasificación taxonómica, y llamaremos “Entomimética” 2 a toda transferencia tecnológica que se base en la observación de la morfología o el comportamiento de los insectos. Se recurre así a la estructura de organización canónica de la Zoología, que se divide en diferentes ciencias (en este caso, la Entomología) para aislar un grupo específico de organismos a estudiar. Esta acción de selección (Entomimética), aparentemente inédita, podría llevarse a cabo con cada una de las grandes ciencias naturales, y así entonces podríamos hablar por ejemplo de otras ramas para la Biomimética, como la “Herpetomimética” (de la Herpetología, estudio de los Reptiles), o incluso, habiendo suficientes casos de estudio, podríamos hablar dentro de la Entomimética, de subcategorías, como la “Coleopteromimética” (a partir del Orden Coleoptera).

Esta acción de seleccionar un grupo particular de organismos vivos impone como un primer objetivo de esta tesis el de determinar cuáles son los ámbitos de innovación en el diseño, donde las características de los insectos puedan realizar un aporte particular en relación al resto de los grupos de organismos vivos.

Estos ámbitos de innovación serán delimitados a su vez por los desafíos más importantes que impone la sostenibilidad ambiental.

Es decir, se determinarán las particularidades de los insectos para el ahorro de energía, su producción, acumulación del agua,

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etc. De esta manera se desprenden tres objetivos específicos que establecerán la metodología de investigación de este trabajo. El primero corresponde a identificar las características morfológicas y/o de comportamiento de los insectos que les permiten optimizar los recursos naturales. Este objetivo está asociado a la hipótesis de que los insectos presentan una morfología determinada por problemas de adaptación al medio, como la escasez de agua o su propia termoregulación. El segundo objetivo pretende asociar estas adaptaciones a desafíos tecnológicos tipológicos propios del diseño sostenible. Esta asociación se logra cuando la morfología y el comportamiento de los insectos se presentan como aciertos en los desafíos de la sostenibilidad y han podido ser transferidos a objetos construidos por el hombre. Este objetivo está vinculado a la hipótesis de que las tecnologías contemporáneas de diseño y fabricación son capaces de reproducir con gran libertad la morfología de los insectos, independiente de su pequeño tamaño o su complejidad geométrica. Por último un tercer objetivo de esta investigación radica en establecer categorías cualitativas de observación en base a los casos existentes, para orientar un futuro desarrollo de la Biomimética en base al relevamiento de nuevos referentes biológicos. Este objetivo pretende responder a la interrogante de si es posible que la constancia de las características morfológicas por un lado, y las variables medio ambientales por otro, permiten series de relaciones definidas (tipo de problema / tipo de solución). Este objetivo también es compatible con la hipótesis que plantea la posibilidad de clasificar los aportes de los insectos al diseño, independiente de la particularidad de cada uno de sus casos.

La metodología de la investigación consiste en un análisis de datos secundarios. Este análisis se basa principalmente en la investigación bibliográfica de un conjunto de productos de diseño (de objetos, arquitectónico) que se han formalizado a partir de la observación de los insectos. La selección de los casos está guiada por la definición del enfoque Biomimético que pareciera ser más relevante en el contexto del diseño sostenible y que consiste en una aproximación a la innovación que busca soluciones sustentables para los desafíos del ser humano emulando los patrones y estrategias probados por la naturaleza a lo largo del tiempo (Benyus, 1991). Dado que se encontraron casos perfectamente representativos de este enfoque, y con diversas aproximaciones (biológicas, técnicas, etc.), se procedió a escoger y presentar de manera profunda los tres más representativos. Para los casos escogidos se realizó una investigación bibliográfica multidisciplinar, es decir, se recopiló el punto de vista biológico, tecnológico y de diseño. La dimensión biológica de estos casos siempre fue muy completa, lo que pareciera ser necesario cuando

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esta investigación se realiza desde una dimensión distinta del diseño. Por su parte, la dimensión tecnológica casi siempre estuvo velada por el secreto comercial. Es decir, se pudieron estudiar los productos, pero no fue posible acceder a los desarrollos tecnológicos que permitieron la transferencia ingenieril o industrial. Así, en base a estas tres dimensiones se terminó por describir cada uno de los casos con una visión multidisciplinar en que no habían sido presentados con anterioridad. El resultado del estudio de casos es una estructura común de descripción y análisis que desglosa y reordena la información existente bajo el enfoque tecnológico que propone la tesis.

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ESTRUCTURA DE LA TESIS La presente investigación está dividida en dos partes, una inductiva y otra deductiva. La primera parte tiene un carácter introductorio, de discusión y delimitación de los intereses de esta investigación, y termina en el análisis de casos que ejemplifican un enfoque acerca de la biomimética contemporánea. En la segunda parte se abstraen lecciones que permiten caracterizar un diseño a partir de los insectos y por lo tanto presentar pautas para el desarrollo futuro de esta investigación. Cada uno de los capítulos está correlacionado, estableciendo una profundización investigativa sobre el anterior, y enfocando el capitulo siguiente. Sin embargo su contenido posee la suficiente información y estructura para comprenderse independiente del cuerpo de la tesis. En el primer capítulo se presentarán las cualidades morfológicas y de comportamiento propias de los insectos para caracterizar la estrategia de diseño que en adelante entenderemos como “Entomimética”. En este capítulo, donde se encuentra la Entomología y el Diseño, se presentan las diferentes cualidades de los insectos, pero desde la visión del segundo. Se hace referencia a los aspectos morfológicos y etológicos (comportamiento) genéricos de los insectos, sin embargo, se presentan otras temáticas más específicas y potenciales para una reflexión interdisciplinar. Esto quiere decir que es posible una revisión más profunda de las características de los insectos para eventualmente orientar investigaciones a la transferencia tecnológica en campos completamente innovadores. Por ejemplo no se presentan ni analizan los fenómenos y cualidades asociadas a la generación de superficies a través del desarrollo de patrones geométricos existentes en el exoesqueleto de los insectos. En el segundo capítulo se presentan casos emblemáticos de transferencia tecnológica según los parámetros del enfoque entomimético, para concluir en los desafíos y oportunidades que presenta la definición de éste enfoque. De esta manera se analizan tres casos paradigmáticos no sólo porque describen una traspaso completo en términos de etapas de análisis y diseño, sino porque constituyen casos exitosos en la mitigación del impacto del producto (objetual o arquitectónico) en el medio ambiente. El primer subcapítulo relata las cualidades de las “Termitas Bioclimáticas”, que en la construcción de sus nidos integran una serie de operaciones de diseño cuyo objetivo es controlar la temperatura de su interior.

Esto lo logran con una serie de conductos que relacionados entre sí permiten el intercambio de gases entre el interior y el exterior, favoreciendo la reproducción y el crecimiento de su comunidad.

El segundo subcapítulo presenta a un género de mariposas que poseen microestructuras en sus alas que les permite aumentar por refracción de la luz ambiente, la intensidad y el color de

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En el tercer capítulo se construye la definición de “Entomimética”, como una subcategoría de la “Biomimética”, y en base a las características observadas en los casos analizados. El último capítulo presenta las conclusiones de esta investigación orientada a identificar los desafíos y oportunidades específicas de los insectos para la transferencia tecnológica hacia el diseño. A partir de los casos se abstrae una metodología de transferencia que debiese guiar futuros proyectos de diseño entomimético.

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las mismas. “Escamas digitales” describe como esta cualidad ha sido reproducida artificialmente y transferida actualmente a pantallas electrónicas de tablets y teléfonos celulares, como otros dispositivos electrónicos. El tercer y último subcapítulo trata de la presentación del caso basado en el “Escarabajo Atrapanieblas”. Este caso reúne dos cualidades muy relevantes desde el punto de vista conceptual. Primero, que las lecciones que entrega el referente biológico corresponden tanto al ámbito morfológico como al de su comportamiento. Segundo, que estas lecciones independientemente han sido transferidas a más de un producto, y en más de un ámbito de diseño. Las aplicaciones en el ámbito de la Arquitectura han permitido el riego de cultivos en medio del desierto. Por su parte, en el ámbito del diseño industrial se han creado superficies con diferentes características de absorción del agua.

CAPÍTULO 1

CUALIDADES DE LOS INSECTOS DESDE LA PERSPECTIVA DEL DISEÑO BIOMIMÉTICO

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Dentro de su labor de divulgación, Benyus (1991) destaca una serie de ejemplos de transferencia tecnológica aplicada a ámbitos productivos, que representan la relación directa entre observación de la naturaleza, desarrollo tecnológico y procesos de innovación que colaboran en el cuidado del medio ambiente. La autora cita varios ejemplos interesantes que se han constituido como casos paradigmáticos de la biomimética, donde el grupo de los insectos ocupa un espacio destacado. Por ejemplo, menciona colectores solares para viviendas que generan energía a partir del estudio de cómo la mariposas nocturnas evitan el reflejo de la luz para no ser detectadas por algunos depredadores. En este caso la clave de la investigación tiene que ver con cómo su morfología permite una mejor absorción del recurso lumínico, y por lo tanto en otros casos, la optimice para producir más energía. Una de las ventajas del método creativo de la biomimética radica en la gran cantidad de modelos a observar. Bajo los preceptos de la evolución, el universo de lecciones puede ser tan amplio como la cantidad de especies de organismos vivos que habitan nuestro planeta.

Ciertamente se trata de una hipótesis apresurada. Pero cuando la relación entre la morfología de los organismos vivos y las variables medioambientales no son posibles de aislar, tendremos a la vista un amplio catálogo de respuestas en especies cuyas formas dicen relación con el medio en que se desenvuelven. ¿Pero qué distingue a los insectos dentro de otros grupos biológicos? Si recurrimos al caso más paradigmático, podemos notar que el Stenocara dentata es sólo una de los aproximadamente 380.000 especies diferentes de escarabajos que existen en el mundo. ¿Cuántos más no estarán resolviendo de diferente manera su necesidad de agua? O ¿Cuántos más no estarán resolviendo otro tipo de problemas, por ejemplo, vinculados al manejo de la energía solar? Con el objetivo de construir una visión amplia acerca del campo de la biomimética, Bhushan (2009) nos provee de una selección de varios “objetos” de la naturaleza y sus funciones selectivas (Figura 01_1 01), que incluyen aplicaciones en desarrollo o incluso ya disponibles en el mercado: – Nuevos nanomateriales – Aparatos o procesos a escala nanométrica – Superficies superhidrofílicas autolimpiantes – Superficies para la conversión de energía y su conservación – Superadhesivos – Robótica – Objetos que proveen empuje aerodinámico – Materiales y fibras con alta resistencia mecánica

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1. 1 LA SUBCLASE INSECTA EN EL CONTEXTO DE LA BIOMIMÉTICA

– Superficies antireflectivas – Superficies coloreadas – Pieles y textiles artificiales – Artefactos médicos e implantes – Materiales autoreconstructivos

Figura 01_1 01. Comparación de la capacidad de adherencia de las patas de distintos animales.

Destaca el hecho que de esta lista significativa de casos contemporáneos, 7 de las 21 (33,3%) funciones presentadas, y de 4 de los 10 (40%) tipos de organismos vivos relacionados correspondan a Insectos. Dentro de ellos vuelve a destacar como uno de los más destacados ejemplos de la biomimética el caso del escarabajo Stenocara dentata, que se las arregla para conseguir agua y así sobrevivir en el desierto de Namibia. También agrega como casos paradigmáticos de transferencias ya disponibles en el mercado, las escamas iridiscentes de las Mariposas del género Morpho, que son capaces de optimizar su color mediante la luz ambiente, y la capacidad antireflectiva de los ojos de ciertas mariposas nocturnas. Estos tres casos poseen transferencias exitosas al campo del diseño. Las lecciones sobre el estudio del escarabajo de Namibia han permitido la creación de sistemas constructivos que permiten la acumulación de agua en lugares áridos, las escamas de Mariposas se han transformado en pixeles de pantallas electrónicas, y la antireflectancia de las mariposas nocturnas en telas antireflectivas. Estas transferencias exitosas, sumadas a otros casos que se encuentran actualmente en estudio, no sólo comprueban la hipótesis general del método de innovación basado en la observación de la naturaleza, sino que además sitúan a los insectos como un grupo destacado para considerarlo en futuras proyecciones de esta línea de investigación.

Carlos Linneo propuso a mediados del siglo XVIII un sistema de clasificación jerárquica para relacionar en base a sus cualidades morfológicas, a todos los organismos vivos del planeta. De este sistema aún vigente surge la taxonomía como la ciencia que estudia este sistema, y las taxas, que corresponden a los diferentes niveles de especificada de un grupo de organismos. La geometría de las taxas se compone de ramificaciones (Figura 01_1 02) en base a un número fijo de niveles o taxas. De esta manera, para diferentes grupos de organismo, existen los mismos niveles de clasificación.

De esta manera el eslabón superior de la taxonomía lo constituyen el gran grupo de los organismo vivos, que se divide a su vez en los reinos Animalia, Plantae y Fungi; para finalmente llegar a la denominación de las especies, que constituyen el últimos eslabón de especificidad. El grupo que define a los insectos corresponde a una subclase, y lleva como nombre Insecta. Esta subclase deriva del reino Animalia, luego en la taxa inferior, o Phylum, se inscribe dentro de Arthropoda, que reúne a todos los animales constituidos por un cuerpo rígido externo (exosequeleto) y extremidades articuladas. Los artrópodos a su vez se vuelven a dividir en la taxa “Clase”, y reúne dentro de otras a las Clase Crustacea, Arachnida, Chilopoda y Hexapoda (de la cuál se desprende a su vez la subclase Insecta. Por lo tanto en este nivel superior los insectos son parientes cercanos de cangrejos, cien pies y arañas. En este sentido, es muy

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Figura 01_1 02. Diagrama de relaciรณn de las diferentes taxas del conjunto de los organismos vivos.

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probable que aquellas características que hagan atractiva para la biomimética al grupo de los Insectos, también la presenten en alguna medida estas otras Clases. Pero la ventaja de los Insectos al menos por sobre los Crustáceos consiste en que los primeros se enfrentan a problemas de subsistencia similares a los de los humanos por compartir el mismo medio terrestre. Los eslabones inferiores más relevantes de la subclase Insecta corresponden a los ordenes, las familias, los géneros, para terminar en las especies. Sin embargo, todos estos eslabones de clasificación poseen eslabones intermedios, como super familia o sub familia. Según los casos más paradigmáticos de la biomimética, el eslabón más relevante es el “Género”. Por ejemplo el Stenocara (género) dentata (especie) comparte cualidades morfológicas y de comportamiento con otras especies del mismo género. Probablemente es la especie más eficiente en términos de la acumulación de agua, pero varias especies más presentan las mismas características. En el caso de las Mariposas Morpho (género), la transferencia no está asociada a una especie en particular sino más bien a una característica morfológica presente en la mayoría de las especies del género.

Figura 01_1 03. Diagrama de relaciones de los diferentes órdenes de la clase Hexapoda.

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1.2 LOS INSECTOS DESDE LA PERSPECTIVA DEL DISEÑO La palabra “insecta” en latín significa “dividido en partes” (Figura 01_2 01). Los aspectos más relevantes de su clasificación taxonómica que los hace únicos, tienen que ver con la presencia de 3 regiones corporales (cabeza, tórax y abdomen), un sólo par de antenas y 3 pares de patas. Además, los insectos son los únicos artrópodos que poseen alas, aunque pueden variar desde no presentarlas, hasta tener 2 pares (la mayoría de ellos). Desde el punto de vista de la relación de estos animales con el medio ambiente, es importante destacar que han sabido adaptarse a través de la diversificación de especies en tal cantidad y con tantas diferencias, que es prácticamente posible encontrarlos en la totalidad de ecosistemas naturales, como también en el medio ambiente construido. A excepción de los océanos, los insectos comparten todos los espacios terrestres en los que se desenvuelve el ser humano. Esto es especialmente relevante porque significa que probablemente algunos de ellos ya resuelven problemas comunes a los nuestros, en el entendido que compartimos el instinto de supervivencia que además está determinado por un determinado medio ambiente natural.

La clase Hexapoda en términos cuantitativos presenta el grupo mejor adaptado al entorno de nuestro planeta. Dentro de los factores con que Apablaza (1995), justifica este éxito de adaptación, los siguientes parecieran ser los más relevantes dentro de un enfoque biomimético: – El pequeño tamaño que les permite vivir en cualquier hábitat.

Este punto plantea una constricción más que una ventaja. ¿Qué tanta relación existirá entre la dimensión de su morfología y los comportamientos que nos pueda interesar transferir a la escala del ser humano?

– El exoesqueleto liviano, resistente e impermeable que les protege y les permite vivir con poca humedad. Este factor es muy relevante porque constituye un elemento de interfaz que al igual que en la arquitectura media entre una ambiente interno y las condiciones del medio exterior.

– Diversidad de estructuras (funcionales), donde destacan en particular las alas (Figura 01_2 02) y las patas, que en sus diferentes clasificaciones taxonómicas inferiores (órdenes, familias, géneros y especies) tienen altos grados de especialidad y caracterización formal. De esta manera, a diferentes necesidades de adaptación, diferentes comportamientos o morfología. Este hecho evidentemente es más relevante para el ámbito del diseño de mecanismos para el transporte, pero la mecánica en sí misma es

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una gran campo de desarrollo tecnológico y poco explorado en la arquitectura.

– Por último, su gran capacidad reproductora, diferentes estados de desarrollo y lo corto de sus ciclos vitales, no tienen una relación directa con el diseño, pero presentan la posibilidad de una rápida adaptación a nuevas condiciones ambientales y por lo tanto la existencia de una diversidad morfológica y comportamientos que deberían poder constituir una base extensa de lecciones para el diseño biomimético.

Figura 01_2 01. Componentes o “Estructuras fucionales” en una Langosta (Orthoptera, Acrididae).

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Figura 01_2 02. Identificación de estructura de los dos tipos de alas a de una Langosta (Orthoptera, Acrididae).

La gran cantidad de especies diferentes y de individuos representantes de cada especie constituye el respaldo cuantitativo más relevante de este grupo en el contexto del enfoque de la biomimética. Su abrumante superioridad en número en relación al resto de las especies de animales y plantas refuerzan la importancia de este grupo más allá de su relevancia en el contexto de los casos actuales de este enfoque. Según el Departamento de Medio ambiente y Agua del Gobierno Australiano, para el año 2006 hay descritas y aceptadas oficialmente alrededor de 1,75 millones de animales y plantas. Dentro de este total, 1,01 corresponden a insectos, es decir, el 57%. Dentro de este número, destaca como el más importante el orden Coleoptera, al que pertenece el caso entomimético más paradigmático (Stenocara dentata), con aproximadamente 0,38 millones de especies. Es decir, los escarabajos corresponden al 21% de los organismos vivos del planeta. El otro orden relevante es aquel que reúne a dos de los casos de transferencia entomimética más importantes (Mariposas Morpho y Noctuidae), con aproximadamente 0,174 millones de especies (9% de los organismos vivos). Siguen en relevancia numérica el orden Diptera (moscas, zancudos, tábanos), que también

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posee casos de transferencia en el ámbito de la robótica, con 152.000 especies (8%), y el orden Hymenoptera (abejas, avispas y hormigas) con 115.000 especies (6%). Este último grupo destaca por los notables casos de arquitectura animal. Sin embargo las proyecciones matemáticas acerca de las especies existentes en nuestro planeta son muy superiores a las de las actualmente descubiertas y descritas.Y en el proceso de descubrimientos recientes el grupo que más ha aumentado son los insectos. Es implica que el porcentaje puede seguir aumentando y por lo mismo pueden surgir aún nuevas formas o comportamientos que puedan seguir provocando un diseño entomimético.

En términos volumétricos, el cuerpo de los insectos está dividido en tres secciones; cabeza, tórax y abdomen. Estas secciones son simétricas en planta y en corte transversal, pero asimétricas en corte longitudinal y se disponen axialmente. La cabeza es la parte anterior, el tórax la parte media y el abdomen la parte posterior, que además en la mayoría de las especies constituye el volumen más grande. Todas estas partes poseen en su superficie diminutas proyecciones de la superficie hacia el exterior, o invaginaciones pequeñas hacia el interior. Sin embargo son los apéndices articulados los componentes secundarios más relevantes en la morfología de los insectos. Los apéndices más importantes son las antenas, las patas y las antenas.

Las tres secciones del cuerpo de un insecto alojan en su interior los diferentes sistemas y órganos vitales, y articulan los diferentes aparatos funcionales. En general, por cada sección los órganos, aparatos y apéndices están correlacionados. De esta manera la cabeza, que contiene el aparato bucal, los ojos y las antenas está relacionada principalmente con funciones sensoriales y de ingestión de alimentos. El tórax, que aloja a las alas y las patas cumple una función locomotriz, y el abdomen, que aloja el aparato reproductor, una función reproductiva (Apablaza, 1995). Todos estos componentes del cuerpo del insecto han sufrido a través de la evolución deformaciones tales que les han permitido adaptarse de mejor forma al medio. Hay casos muy sorprendentes de deformación en cada uno de estos componentes, en términos geométricos y dimensionales. Destacan en particular las deformaciones de la primera unidad del tórax, el protorax, que puede presentar formas asociadas a la imitación del medio o defensa, entre otros (Toro et al., 2003). Sin embargo, esta

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1.3 MORFOLOGÍA Y COMPORTAMIENTO DE LA SUBCLASE INSECTA

morfología muchas veces extraña o grande no tiene relación directa con alguna función vinculada a la relación con el medio ambiente, si no más bien con depredadores o individuos del sexo opuesto.

Es así como los casos más paradigmáticos de la biomimética contemporánea no poseen estructuras muy llamativas desde el punto de vista plástico.

Dentro de los apéndices de los insectos destaca la conformación estructural de las alas. Según Apablaza (1995), existen cuatro tipos, y la composición estructural de las alas en general es en base a una doble membrana que está unida en gran parte de su área, salvo en las venas. Estas venas por lo tanto tienen una conformación cilíndrica que cumple una función estructural y además permite la irrigación del ala. El orden Coleoptera (del griego Koleos: vaina, estuche y Pteron: alas) en general poseen dos pares de alas, donde la exterior es extremadamente rígida y funciona como una capa protectora de las alas más frágiles y que son las principales responsables del vuelo. No es común que en esta taxa se presenten deformaciones volumétricas significativas, pero sí a nivel de su superficie se presenta una gran diversidad de texturas y patrones diferentes. Por ejemplo hemos nombrado al escarabajo Stenocara dentata, que posee una textura granulada que le permite absorber y conducir la humedad ambiente. Estas alas son del tipo coriáceas.

Las alas de estructura más frágil son llamadas “membranosas”.

Grandes órdenes voladores como Diptera e Hymenoptera poseen este tipo de alas. También las mariposas, donde se presenta la mayor desproporción en términos de área entre el cuerpo y las alas.

Es decir, las alas son las más grandes en relación al cuerpo, pero además son las mariposas aquellos insectos que tienen la mayor extensión alar (aproximadamente 30 cm).Veremos más adelante la importancia que tiene la presencia de escamas en las mariposas para un caso paradigmático de transferencia biomimética. Los otros dos tipos restantes de alas en los insectos también resultan de interés para el diseño, cuando las del tipo “apergaminadas” poseen interesantes fenómenos de despliegue, y las del tipo “reticuladas” presentan una profusión tal de venas que sugieren sistemas de planos estructurales que se han empezado ya a estudiar.

En términos de superficie, la totalidad de los componentes de un insecto están formados por un capa rígida auto estructurante o exosqueleto. Esta rigidez permite estructuras y funcionamiento muy diferentes a la del resto de los animales. En términos mecánicos por ejemplo, favorecen el movimiento a través de la acción de palancas y no de complejos sistemas hidráulicos como sucede en animales de cuerpo blando (Toro et al., 2003). De las funciones principales de este exoesqueleto descritas por Apablaza (1995) destacan las siguientes:

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– Soportar el peso del cuerpo. Este aspecto es muy relevante para la entomimética porque significa que cualquiera de sus componentes cumple una función estructural, por lo tanto sus desempeños funcionales asociados pueden eventualmente transferirse a objetos de diseño auto estructurantes, y por lo mismo formar parte de sistemas (constructivos por ejemplo) más grandes y/o complejos.

– Percibir estímulos externos. Esto es especialmente interesante por que explica la gran capacidad evolutiva de los insectos para modificar su morfología para su adaptación a las condiciones del entorno.

– Determinar el color en muchos insectos. Esta función podría ser teóricamente menos relevante por la función que cumple el color al menos en la Arquitectura, pero resulta importante a la luz del caso de las Mariposas Morpho. En este caso la coloración es iridiscente y se produce por la refracción de la luz sobre el exoesqueleto y se les conoce como “metálicos”. A los colores a través de pigmentos se les conoce como “pigmentales”.

Figura 01_3 01. “Planta” de una Barata (Blattodea) con sus órganos internos desplegados.

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La persistencia del exoesqueleto a lo largo de la historia natural de nuestro planeta y particularmente a través de las diferentes taxas que integran la sub clase Insecta pareciera ser una clave muy importante de la magnitud del éxito que tiene este grupo de animales en comparación con el resto (Toro et al., 2003).

En términos de materialidad, el exoesqueleto a su vez está compuesto desde el punto de vista material principalmente por Quitina (Figura 01_3 02). Este último es una polisacárido nitrogenado, resistente y flexible. Destacan entre otros componentes químicos del exoesqueleto, la esclerotina, que es una proteína responsable del endurecimiento del exosqueleto, la cera, que constituye la capa impermeable, y el “cemento”, que es el encargado de proteger la cera (Apablaza, 1995). La quitina se presenta a través de la forma

Figura 01_2 04. Isométrica cortada de la estructura de un ojo compuesto.

Figura 01_3 02. Estructura química de la Quitina.

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Desde el punto de vista del comportamiento, los insectos componen un grupo de seres vivos que tiene una destacada posición en la biomimética contemporánea debido a como han adaptado no sólo sus formas sino además sus comportamientos para solucionar sus problemas de sobrevivencia. En este sentido, la morfología particular que nos pueda ser de interés con fines sostenibles, siempre lleva asociado un desempeño donde se optimizan los recursos naturales. Por lo tanto puede ser un objeto de transferencia tecnológica también el comportamiento de un insecto, independiente de la forma asociada. Esta aproximación libera al diseño entomimético de las dificultades que están asociadas a la reproductibilidad técnica de los referentes biológicos que forman la base de su transferencia, como lo son al menos la materialidad, la escala y la geometría. Así los fenómenos de flotabilidad, absorción de agua o reflectancia en los casos paradigmáticos son interesantes de reproducir en sí mismos, más allá de que los insectos que nos los muestran estén además entregándonos las claves formales de su funcionamiento.

Desde el punto de vista de la ecología, que estudia las relaciones entre los organismos vivos y su entorno, el medio ambiente es todo lo que rodea a un organismo, incluyendo el espacio y sus condiciones (Apablaza, 1995). De estas dos variables son las condiciones medioambientales las que más interesan para el enfoque entomimético porque son las más influyentes en los procesos evolutivos, y por lo tanto en la forma y los comportamientos que interesa transferir. Para cada variación de

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de filamentos y son los responsables de la tensión de cutículas altamente plásticas, es decir, de la elasticidad del exoesqueleto (Toro et al., 2003). Al igual que en las chapas de una placa de terciado, el sentido de las fibras de quitina es siempre paralelo a la superficie del exoesqueleto, pero están orientadas en diferentes direcciones para dotarlo de mayor resistencia. Otro comparación interesante tiene que ver con la resistencia del exoesqueleto. La presencia de pliegues e invaginaciones también es responsable de la resistencia mecánica del exoesqueleto. Además, desde el punto de vista químico, la quitina es un polímero biodegradable, por lo tanto desde el punto de vista de la ingeniería de materiales podría tener un importante desarrollo toda vez que pueda reemplazar algunos de las funcionalidades de los plásticos contemporáneos basados en petróleo. Esto cumpliría una función medio ambiental cuando el petróleo es un recurso agotable, y los productos plásticos constituyen una fracción importante de la basura y la contaminación humana. Además de ser biodegradable, otra variable muy interesante del uso de la quitina es que actualmente su extracción comercial se hace a partir del desecho del exoesqueleto propio de la industria de los crustáceos (Palma et al., 2005).

las diferentes condiciones climáticas (temperatura, luz, humedad y viento) existe un rango de “tolerancia ambiental ecológica”, que está delimitado por los extremos de cada condición que determinado insecto es capaz de resistir para su sobrevivencia.

Las aproximaciones a los extremos de este rango constituyen las situaciones donde el organismo está obligado a adaptarse para subsistir. La relación entre medio ambiente y los insectos tiene dos sentidos dependiendo de cómo se quiera entender la jerarquía entre uno y otro polo. A propósito del texto de Toro et al. (2003), Jorge Artigas plantea que los insectos usan el medio como una poderosa arma competitiva que les permite tener el éxito biológico que los caracteriza. Desde este punto de vista entonces hablamos de una relación en el sentido de los insectos hacia el medio. Sin embargo el enfoque evolutivo sugiere una modificación en el sentido contrario, donde los procesos evolutivos conducentes a especiación, tales como la variación o la compatibilidad ecológica depende de las respuestas del organismo a los estímulos externos.

Entonces las respuestas instintivas de los insectos frente a un estímulo terminarían por modificar su morfología para mejorar su desempeño frente a determinado estímulo jerárquico en términos de sobrevivencia. Está demás aclarar la importancia que tiene esta relación, en cualquiera de los dos sentidos, con el diseño sostenible. Esta es por lo demás, la razón fundamental por la cuál la biomimética constituye una metodología muy pertinente para orientar futuros desarrollos del diseño.

El carácter adaptativo del instinto de superviviencia dice relación con la ausencia de previsión y experiencia, y por lo tanto incluye como características la repetición y el ritmo (Folsom, 1906; en Apablaza, 1995). Es probable entonces que la frecuencia de este ciclo de estímulo y reacción, inscrito en la frecuencia del ciclo reproductivo, constituyan el aceleramiento evolutivo que hacen tan exitosas las morfología de los insectos. La base de las respuestas de los insectos frente a los estímulos del medio corresponden a la dialéctica del acercamiento o alejamiento del estímulo natural. El nombre de este tipo de respuesta elemental es “taxis” y existen diferentes tipos dependiendo de la fuente del estímulo.

Si la reacción tiene que ver con rechazo y distancia, será un “taxis” negativo, de los contrario será un “taxis” positivo. Para la entomimética serán especialmente interesantes la fototaxis (luz), la heliotaxis (luz solar), la tigmotaxis (tacto), la termitaxis (calor) y la higrotaxis (agua). Todas estas respuestas orientan la búsqueda de casos de soluciones para el diseño sostenible en tanto la fuente del estímulo coincide con los problemas medio ambientales a los que se enfrenta el hombre.

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Figura 01_3 03. Esquema del desplazamiento en el agua de un chinche acuรกtico (Hemiptera, Gerridae).

Figura 01_3 04. Reflejo en el fondo de un estero de la superficie que interviene en la flotaciรณn de un chinche acuรกtico (Hemiptera, Gerridae).

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CAPÍTULO 2

TRANSFERENCIAS AL DISEÑO DESDE LA MORFOLOGÍA Y EL COMPORTAMIENTO DE LOS INSECTOS

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Quizás el vínculo más directo entre Naturaleza y Diseño lo constituyen los propios objetos construidos por organismos vivos. Sobretodo cuando, en relación a la arquitectura, gran parte de los objetos creados por otros organismos vivos dice relación con el confort necesario para su reproducción y crecimiento, lo que implica construcciones que les entreguen condiciones de habitabilidad sostenida en el tiempo. Por lo mismo, el universo de referencias más interesante lo constituyen los nidos de animales, que destacan entre otras construcciones (vías de circulación, barreras defensivas, acumulación de agua) dentro de lo que también es conocido como la “Arquitectura Animal” (Von Frisch, 1974; Hansell, 2005). Destacan porque los nidos tienen por objetivo la habitabilidad, cuestión que es más relevante para la arquitectura que los otros tipos de construcciones animales, que están más relacionados con otras necesidades secundarias del habitar.

Entenderemos “Arquitectura Animal” como cualquier objeto que es construido por un organismo vivo, donde media una acción de selección y acumulación de material para ser reordenado en una forma autosustentable en términos estructurales. Desde este punto de vista, las propias modificaciones morfológicas corporales que poseen o se detonan en algunas especies de plantas y animales por diversos motivos, pero principalmente vinculadas a su propio crecimiento, quedan descartadas de esta clasificación. Esto no quita que puedan constituirse como referentes interesantes para una transferencia al diseño. También se descarta dentro de esta clasificación las características morfológicas propias de los organismo vivos, lo que al menos en las plantas es conocido como “Arquitectura Vegetal”. Desde el punto de vista del diseño, son muchas las especies de animales que construyen nidos que llaman la atención. Sin embargo, destacan dentro del reino animal la categoría taxonómica de las Aves y la que nos compete de los Insectos. Si bien hay muchos órdenes de insectos que poseen especies que construyen nidos, es el orden Hymenoptera (Abejas, Avispas y Hormigas) el que posee una mayor diversidad en términos de especies, materialidad y técnicas constructivas. El segundo orden en importancia es Isoptera, que corresponde mayormente a aquellos insectos que conocemos mejor por el nombre de “Termitas”. Entonces podremos hablar de una Arquitectura Isoptera en el caso de los termiteros, o una Arquitectura Hymenoptera para el caso de avispas, abejas u hormigas. Es sobre el orden de las termitas (Figura 02_1 01), o más bien de su arquitectura, los termiteros, es que se produce una transferencia en el caso que analizaremos a continuación.

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2.1 TERMITAS BIOCLIMÁTICAS PARA EL MANEJO PASIVO DE LA TEMPERATURA

El Eastgate Centre, edificio multiprogramático existente en Harare, Zimbawe, enfrentó el desafío de integrar en su diseño las lógicas de control pasivo de la temperatura existentes en algunos tipos de termiteros. Este edificio, inaugurado el año 1996 y diseñado por Michael Pearce, constituye actualmente uno de los casos más paradigmáticos de la biomimética, siendo referenciado en la gran mayoría de las publicaciones genéricas de esta ciencia incipiente. Por lo demás, y según el estado del arte de la Biomimética, constituye uno de los pocos casos construidos de transferencias tecnológicas en el campo de la Arquitectura. El proyecto ha potenciado el interés científico sobre estas estructuras que construyen las termitas, y por lo tanto ha detonado además una serie de investigaciones paralelas asociadas a este tipo de arquitectura animal. Es por este mismo interés, que actualmente las teorías al respecto del funcionamiento de la ventilación de los termiteros difieren de las que prevalecían al momento de ser consideradas en el diseño del Eastgate Center, cuestionando la metodología de su transferencia tecnológica. Sin embargo, el edificio ha demostrado ser eficiente en términos de sus sistema de ventilación pasiva, independiente de la correspondencia con su referente biológico. Por la misma razón, ha sido ampliamente premiado y destacado dentro del círculo de la “arquitectura bioclimática” en su momento, como el de la “arquitectura sostenible” actualmente. Esta diferencia es relevante de establecer porque marca el sesgo y la trascendencia del problema que enfrenta este proyecto. Hace algunos años atrás, cuando el concepto de sostenibilidad aún no estaba considerado de manera popular en la Arquitectura, aquellos proyectos que orientaban sus desarrollos por el ahorro energético, y por lo tanto, de la optimización de la energía solar principalmente, eran comúnmente llamados edificios “bioclimáticos”. En esa época, los arquitectos dedicados al tema se estaban adelantando en base a la investigación de una dimensión

Figura 02_1 01. Termita obrera.

acotada del impacto medioambiental (el consumo de energía), a los desafíos contemporáneos de una arquitectura sostenible, que abarca muchas otras relaciones entre el medio ambiente natural y el medio ambiente construido. Sin embargo, el consumo de energía en los edificios sigue siendo uno de los problemas más importantes dentro de los desafíos medioambientales de hoy en día, por lo tanto, la experiencia de este proyecto sigue siendo extremadamente relevante. Las lecciones que se pudieron obtener a través de la observación de los termiteros se manifiestan formalmente aplicadas en el Eastgate Building, pero provienen de estudios más amplios realizados con anterioridad. Destacan de manera general los estudios del científico premio Nobel (1973) Karl Von Frisch, quién a través del estudio del comportamiento de las abejas (Familia Apidae), se aproximó con rigor a los diferentes tipos de nidos producidos por los animales. Su obra “Animal Architecture” (1974), constituye una de la primeras aproximaciones formales al estudio de estas estructuras. Siguiendo la tradición investigativa de los naturalistas del siglo XIX, y basándose en la obra de Von Frisch, es Michael Hansell, con su obra “Animal Architecture” (1995), quién lidera hoy en día los estudios sobre el tema de los nidos a nivel general, es decir, independiente de los grupos taxonómicos a los cuáles correspondan. Es importante destacar que el trabajo de Hansell en gran medida reúne las características específicas de cada nido, a través de los estudios existentes acerca de las especies que los construyen. Esto quiere decir, que en ambos casos no estamos hablando necesariamente de estudios específicos sobre los termiteros, sino de variables transversales que tienen importancia para entender de manera más global las razones y los alcances de este tipo de estructuras, y por lo tanto permiten especificar el enfoque según temáticas particulares de diseño, como su materialidad, proceso constructivo, entre otros.

Por último, dentro de la producción de conocimiento entorno al tema de la arquitectura animal, y en particular sobre los termiteros, es importante destacar el trabajo constituido por los científicos franceses Eric Bonabeau, Guy Theraulaz, y Jean-Louis Deneubourg, quienes han realizado una extensiva investigación por décadas para explicar los patrones de comportamiento de los insectos que les permiten llevar a cabo estas magníficas construcciones.

En el ámbito específico del estudio de los termiteros, y en particular acerca de su sistema de ventilación, los estudios más importantes al respecto corresponden a los realizados en la década de los ’60 por el científico suizo Martin Lüscher. Él establece la primera teoría científica que trata de explicar el comportamiento del aire dentro de los termiteros, considerando por supuesto, las características de su entorno. A él corresponde la teoría del termosifón, o de ventilación de aire gracias a la convección, que

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trataba de explicar el intercambio de gases y además el control de la temperatura en los termiteros, en base al tiraje de aire que se produciese en la parte alta de este tipo de estructuras. Fue en base a esta teoría que se desarrolló el Edificio Eastgate Center.

Y la teoría tuvo vigencia varias décadas. Sin embargo, estudios recientes realizados por los equipos integrados por Judith Korb y Karl Linsenmair en un primer momento, y luego por Scott Turner y Rupert Soar más recientemente, han logrado demostrar un funcionamiento más complejo de algunos termiteros, asociados más a la idea de permeabilidad de la masa que define éstos mismos, y por lo tanto, quitándole relevancia al funcionamiento de las chimeneas centrales de estas estructuras.

El nombre común “Termitas” corresponde a todas especies de insectos clasificados en el comúnmente denominado orden Isoptera 3. La etimología del nombre proviene del griego “isos”, que significa “iguales”, y “pteron” que significa “alas”. Sin embargo, las alas solo las presentan en momentos muy puntuales de su vida adulta, por lo tanto, no es una característica relevante para el presente análisis. Hoy en día se conocen alrededor de 2.500 especies de termitas. Están presentes en todos los continentes, pero en general, asociados a climas tropicales y subtropicales. Su dieta es variada, y además de su conocida capacidad para digerir la celulosa presente en la madera, muchas especies además destacan por alimentarse de hongos. Las termitas tienen una interesante estructura de organización social, donde se diferencian tres castas (Figura 02_1 02). Una es reproductiva, de escasos ejemplares, otra defensiva, con un número mayor de individuos, pero el grueso de la población corresponde a las obreras, cuyas principales funciones son las de buscar alimento y construir y reparar el nido con su sistema de galerías. Estos dos elementos conforman la espacialidad básica que aloja a una población de termitas, y se conoce como termitero. Para cada especie de termita, su arquitectura es particular.

Es decir hay tantos tipos de termiteros como termitas. Las termitas en Chile están presentes sólo con una familia (Kalotermidae), donde destaca como la especie más común, Kalotermes chilensis (Peña, 1986). Las termitas chilenas habitan al interior de troncos en descomposición, aunque también se ha detectado su presencia en maderas procesadas. Pero no construyen nidos en base a la agregación de material, sino más bien por extracción, es decir, vacían el interior de troncos para ubicar celdas y graderías. En general su arquitectura no presenta una morfología atractiva en términos de diseño. En contraste, existen en el mundo diversas especies de termitas que construyen estructuras muy atractivas para diversas dimensiones de la arquitectura, como la estructura, la climatización, etc. Destaca por sus construcciones la familia Termitidae, y en particular el género Macrotermes.

3 Se discute actualmente la creación de un nuevo orden que incluya además a las “Baratas”.

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Figura 02_1 02. Termitas Soldado, Obrera y Reproductiva.

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Los termiteros Un termitero es una construcción realizada por una población definida de termitas que es habitada por las mismas. En la mayor parte de los casos, la función principal del termitero consiste en entregarle un espacio seguro y confortable a sus huevos y larvas. Es por esto que a los termiteros se les conoce también con el nombre de “nidos”, expresión un tanto limitada ya que está asociada sólo a la función de cría. El proceso de construcción de los termiteros y otras arquitecturas animales ha llamado la atención de muchos científicos -especialmente Etólogos- interesados por la generación de la forma, o morfogénesis. A esta habilidad de las termitas de coordinar la construcción de un termitero sin la necesaria comunicación directa entre cada individuo se le ha llamado “Estigmergencia” 4(Grass 1959).

Los estudios a lo largo de los años de Guy Theraulaz, Eric Bonabeau y Jean Louis Deneubourg han permitido definir patrones de construcción basados en respuesta a las feromonas secretadas y presentes en cada partícula con la que las termitas construyen (Figura 02_1 03). De esta manera, la concentración de partículas (y por lo tanto feromonas) orienta la ubicación y acumulación de más partículas para la formación de elementos estructurales como cúpulas, bóvedas y pilares. Si a este proceso se le suma la capacidad de discreción del constructor, entonces el fenómeno de la estimergencia tiene una carácter tanto cuantitativo como cualitativo.

Los termiteros pueden estar construidos de diversas maneras, pero en general, y al igual que en los nidos del orden Hymenoptera hay dos acciones elementales; la agregación o la sustracción de partículas materiales. Ambos procesos suelen estar combinados.

En cualquier caso, el objetivo es construir un sistema espacial complejo integrado esencialmente por dos tipos de elementos.

Uno de ellos son las celdas, que se definen como un espacios de proporciones ovoidales y definidos por una superficie continua y de textura homogénea. Su objetivo principal es el de alojar los estadios de crecimiento de las termitas. Cada termitero tiene varias celdas, que se ubican cercanas unas a otras y su conjunto lleva el nombre de nido. El segundo elemento esencial de un termitero son las galerías, que están definidas como un espacio continuo a lo largo de un eje discontinuo. Las galerías permiten la accesibilidad a las celdas, entre sí y con el exterior. Su función principal es la de circulación de las termitas. Las galerías pueden trascender el área entorno al nido, y proyectarse entre la materia (tierra o madera) a grandes distancias por razones de seguridad o alimento. Incluso pueden salir al exterior en la forma de una

4 Traducción libre del término “stigmergy”.

Figura 02_1 03. Inicio de la construcción de una termitero.

Figura 02_1 05. Montículo de un termitero de Macrotermes michaelseni.

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bóveda de crujía constante por sobre el suelo o los troncos de árboles. Cuando la técnica constructiva se trata de agregación de partículas, estás se asocian a materiales existente en su entorno, a la secreción propia, y en general, a la combinación de ambas en la lógica de un proceso de fragüe. Siempre que el termitero se construye por agregación, significa la aparición en el paisaje de un volumen (Figura 02_1 05). Si bien es posible encontrar estos volúmenes sobre distintos soportes, como por ejemplo sobre los árboles, aquellos que han llamado más la atención para la ciencia han sido los que se ubican en el suelo. A ellos se les suele llamar en inglés “mounds”, que en español significa montículo, para describir su relación volumétrica en relación con el suelo donde se apoyan.

Uno de los géneros de termitas que construyen montículos más grandes e interesantes es Macrotermes. Distribuido ampliamente en África, destacan las especies Macrotermes michaelseni y Macrotermes bellicosus, con sus termiteros cónicos y de múltiples chimeneas respectivamente. Ambas especies además de utilizar el termitero como nido lo ocupan también como lugar de cultivos de hongos,

Figura 02_1 07. Isométrica cortada de un termitero de Macrotermes michaelseni, donde se pueden observar los distintos elementos que componen su sistema de ventilación. Esta imagen adapta el corte longitudinal de un nido de termitas de la especie Macrotermes michaelseni.

que forman parte de su alimentación. Debido a su gran tamaño (hasta 7 metros) y compleja distribución de vacíos en su interior, ambas especies lideran como caso los estudios científicos que se han realizado para comprender el funcionamiento del clima en su interior, y por lo tanto es desde donde se puede construir una teoría general del funcionamiento de otras especies. Quizás es el interés particularmente alto en el ámbito climático debido al contexto en el cuál proliferan este tipo de termiteros. Macrotermes michaelseni por ejemplo es posible de observar construyendo grandes estructuras al norte de Windhoek, en Namibia. Allí destaca la ecoregión de la sabana espinosa, donde existe una temporada asoleada durante gran parte del año, y un régimen de lluvia corto.

Las altas temperaturas del verano sin embargo son atenuadas gracias a la constante brisa de un aire poco húmedo. Estas condiciones son prácticamente las mismas que existen en la llanura central de Chile.

Desde el punto de vista topográfico la masa vegetal está compuesta principalmente por arbustos y algunos árboles, por lo tanto el suelo es bastante plano y continuo, lo que le entrega amplias posibilidades de emplazamiento a las termitas. Gracias a interesantes experiencias de relevamiento de coordenadas tridimensionales se ha logrado determinar una tipología de termitero que estaría compuesto por dos grandes partes; la base y el montículo. La base, subterránea, está integrada a su vez por dos zonas; el nido, en el centro, que contiene las celdas, la bóveda de cultivo de hongos, y las galerías que los conectan. La otra zona de la base está constituida por una red de galerías que concéntricamente rodean el nido y lo vinculan con el exterior. Donde las galerías se enanchan se transforman en bodegas de almacenaje. La segunda parte del termitero, el montículo se ubica sobre la superficie y constituye el cuerpo observable a simple vista. En la mayoría de los casos el volumen tiende a ser cónico, y el caso de Macrotermes michaelseni posee una sola prolongación esbelta hacia arriba, con forma de chimenea. Sin embargo, la parte superior de este elemento no posee una abertura evidente como podría pensarse. Si posee en su extensión, un conducto de aire vertical que llega hasta el nido, que se llama chimenea. Alrededor, pero conectados a la chimenea existe una retícula de túneles de menor sección que la chimenea que, por último, está rodeado por pequeños conductos de intercambio con el exterior por toda la superficie exterior del montículo.

Características formales o de comportamiento

La compleja distribución de llenos y vacíos al interior de los termiteros articula necesariamente tres aspectos de sus condiciones internas de habitabilidad; la temperatura y la composición química del aire. La hipótesis central del estado del arte de los termiteros dice relación con la manera en que esta estructura modifica o

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no estas tres condiciones. Desde este punto de vista, el análisis orientado a buscar en los termiteros lecciones de climatización, debe necesariamente incluir estas dos variables y sus relaciones. Así esta estructura debiese ayudar en la evacuación del CO2 y al mismo tiempo en el ingreso de Oxígeno puro. El CO2 es producido por la respiración de las termitas y la descomposición del compost de los hongos. Así, como uno de los objetivos fundamentales de los termiteros consiste en la producción de hongos para su alimentación, y estos son muy sensibles a los niveles de CO2 existentes al interior del nido, es muy relevante el control de su concentración al interior de los nidos, no sólo para la subsistencia de los hongos cultivados, sino también para la propia subsistencia

Figura 02_1 08. Ilustración que grafica las tres escalas que componen el fenómeno adaptativo del termitero de Macrotermes michaelseni. En el hexágono superior se puede apreciarla exposición de la estructura a la radiación del sol, el viento y la conducción de temperatura en el suelo. En el hexágono inferior izquierdo, un aumento para observar los componentes de la estructura de un termitero.

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Desde el punto de vista formal, los termiteros presentan diferentes tipos de volumetría. La mayoría de los biólogos creen que esta diversidad estructural corresponde a una diversidad de funciones, pero esto hoy se ha demostrado como incorrecto (Scott & Turner, 2008). La teoría que prevalecía hasta ahora con respecto a la función de control del clima interno del termitero fue desarrollada en la década de los 60 por el Entomólogo Suizo Martin Lüscher. También conocida como “termosifón”, esta teoría planteaba que el equilibrio de gases y su temperatura dependía de la convección que se producía a lo largo de la chimenea central.

Sin embargo, Scott Turner y Rupert Soar descubrieron que el intercambio de gases, al menos en los termiteros de las especies Macrotermes michaelseni y Macrotermes natalensis sucede mediante sucesivas liberaciones e ingresos de gases a través de las paredes de los termiteros. Es decir el intercambio de gases sucede sólo gradual y esporádicamente, y no a través de una circulación por convección sostenida asociada a grande masas de aire” (Ball, 2010). Para ambos modelos precedentes de explicación de funcionamiento termodinámico, tanto de los termiteros cerrados o aquellos abiertos en su parte superior, se suponía un fenómeno de convección de aire, detonado por la diferencia de temperatura entre el calor generado por las termitas, y el aire fresco del exterior. En los termiteros cerrados sería a través de un circuito interno, donde el intercambio de aire fresco por porosidad en la parte superior supondría una inyección por densidad hacia la parte inferior del nido, a través de conductos perimetrales. En cambio, para los termiteros abiertos en su interior, se suponía un efecto venturi gracias al ingreso de aire fresco a través de aberturas a nivel de suelo conectadas con el ducto central. Se sugiere de esta manera que el flujo de aire en los termiteros está más relacionado al funcionamiento de los pulmones. Al mismo tiempo, las investigaciones contemporáneas sobre el tema han podido establecer que el flujo de aire de los termiteros aparentemente cumple una función de intercambio de gases con el exterior, pero no necesariamente el control de la temperatura.

De hecho, para mediciones anuales de la temperatura del interior de termiteros de la especie Macrotermes michaelseni, se notó una gran oscilación entre los meses de verano e invierno, que sugiere más bien que el control específico de la temperatura dice relación con la temperatura del suelo alrededor del termitero (Turner & Soar, 2008).

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de las termitas (Ball, 2010). Por otro lado, el termitero debiese tener injerencia en la temperatura de sus recintos interiores, en relación al calor o frío existente en su entorno, y la temperatura de su interior. A veces se asume tempranamente que la relación entre temperatura y ventilación es directa.

Figura 02_1 09. Diagrama del comportamiento de la ventilaciĂłn de dos tipos de termiteros durante el dĂ­a y la noche.

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Figura 02_1 10. Diagrama del comportamiento de la ventilación del Eastgate Centre durante el día y la noche.

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Descripción de la transferencia tecnológica

El Eastgate Center es un edificio diseñado por el Arquitecto Mick Pearce en 1996 (Architectural Association, 1962). Oriundo de Zimbawe, y nacido en la misma ciudad donde se encuentra el edificio, Mick Pearce tiene una gran cantidad de edificios en este país, dentro de los cuáles destacan la Hurudza House, 101 Union Avenue y el Theatre at Harare International School.Varios de sus edificios en su país presentan innovaciones en el ámbito de la climatización pasiva, pero destaca en el último tiempo del edificio CH2 construido en Melburne, Australia, que supone un desarrollo exitoso a partir de su experiencia en Zimbawe.

Para el diseño del Eastgate Center Pearce trabajo con la firma de ingeniería Ove Arup, quienes realizaron los cálculos para la optimización de la relación entre el asoleamiento y ventilación en las ventanas, y el calor generado y luminosidad perdida en las primeras fachadas del edificio. El Eastgate Center es un edificio que aloja un programa de oficinas y comercio. Esto implica la presencia de un gran número de usuarios del edificio, que permanecen en los 26.000 m2 de oficinas y circulan por los 5.600 m2 de tiendas comerciales, aportando a través del cuerpo una gran cantidad de calor en su interior. Otro factor térmico importante es el contexto climático del edificio. Ubicado en la ciudad de Harare, en Zimbawe, este edificio está ubicado a similar latitud sur, lo que quiere decir que al menos posee un asoleamiento muy similar al de los termiteros de Macrotermes michaelseni. El funcionamiento del Eastgate Center se basa en el principio de flujo de aire inducido al interior del edificio. Cada uno de los dos volúmenes que integran el edificio tienen la misma sección, y su comportamiento térmico es idéntico y autónomo. Los volúmenes poseen una distribución simétrica en el corte transversal, que está integrado por una chimenea central con la forma de un cono invertido. Esta chimenea está inserta dentro de un gran vacío que conduce verticalmente el aire fresco que se capta desde el exterior en la tercera planta del edificio. Este mismo aire ingresa entremedio de una losa vacía, que lo conduce desde el centro de edificio hacia su perímetro, de manera de favorecer el sentido de la ventilación cruzada creada por los captadores de aire caliente ubicados en la parte superior de cada recinto, asociadas a la chimenea central. Es en este mismo lugar donde se ubican al menos los artefactos asociados a la luz, y que generan también calor. Este funcionamiento en corte se repite a lo largo del edificio cada 20 metros, lo que produce la presencia en el techo de una serie de ductos de ventilación. Como consecuencia, el Eastgate Center consume el 10% de la energía necesaria para mantener la temperatura al interior de un edificio convencional con las mismas características.

El presente caso de estudio corresponde a un edificio de grandes dimensiones que utiliza el principio de termosifón para el control de la temperatura en su interior. La transferencia tecnológica se realiza a través de la abstracción del principio físico presente en los termiteros. Así el edificio completo funciona como un termitero, adaptando las características morfológicas a sus elementos constituyentes. Es decir, algunas funciones específicas de partes específicas del termitero, se integran como partes específicas del edificio para cumplir idéntica función. De esta manera es posible observar cómo las aberturas de las galerías que rodean al nido de un termitero, y que permiten el ingreso de aire fresco, se replican en el Eastgate center a través de los conductos laterales ubicados sobre el segundo piso del edificio. En este caso aparentemente el plano vertical de entrada tendería a favorecer el ingreso de aire fresco, sobretodo considerando la altura en que se encuentra, donde el ingreso de aire podría verse beneficiado por las corrientes de viento. Esta operación implicaría una mejora teórica de la inducción de aire fresco, siempre y cuando la disposición de las aberturas de los túneles epígeos atenuara su eficacia por ejemplo, debido a razones de seguridad. Aunque no se tiene información precisa acerca de las características morfológicas de estos componentes. De la misma manera se replican en el

Figura 02_1 13. Los distintos elementos arquitectónicos que conforman el sistema de ventilación pasiva del edificio. 1) Ducto vertical con aire frío proveniente del exterior, 2) Ducto vertical con el aire caliente eliminado de cada piso, 3) Vano de ingreso del aire frío a los suelos falsos de las oficinas, 4) Vano de egreso del mismo aire hacia el interior de las oficinas, 5) Vano de evacuación del aire caliente de la oficina, 6) Vano de evacuación del aire caliente de las oficinas al ducto vertical principal, 7) Ventana hacia el exterior, 8) Ventilación alta, 9) Fachada ventilada, 10) Organismo vegetales que aportan humedad y controlan el sol, 11) Quiebrasoles horizontales.

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edificio la retícula de túneles que rodea a la chimenea central, con el objetivo de vincular a los beneficios de la conducción a la mayor cantidad de recintos posibles. Claro está la diferencia al menos tiene que ver con la geometría, es decir, en el edificio estos conductos son regulares y ortogonales a diferencia de los existentes en un termitero. Presentes a la manera de losas o cielos vacío, probablemente en el Eastgate Center sería más eficaz adecuar al menos en corte la ortogonalidad de los conductos de aire para favorecer su flujo a través de planos ligeramente inclinados, como sucede en los termiteros. También se replica la la chimenea central, pero llama la atención que la progresión en el ancho de este elemento sea contrario en el edificio a la forma en que aparentemente se presenta en los termiteros. Es decir, en el termitero la chimenea central tiene un ancho menor en la parte superior, pero en el Eastgate Center es más angosto en la parte inferior del edificio. Estas serían las principales operaciones que integran los principios físicos y adaptan las formas del interior de un termitero en un edificio. Por lo mismo es importante notar en este caso, que no todos los componentes del termitero se replican, porque aparentemente, no todos tienen de manera relevante con la función de ventilación. Así hemos visto además como el edificio realiza adaptaciones al principio de termosifón para mejorar su rendimiento climático.

Problemas y oportunidades para el diseño biomimético

El caso del Eastgate Centre representa uno de los paradigmas mas importantes del enfoque biomimético funcional, aún 15 años después de su inauguración. Muchas son las características que le permiten gozar de este sitial, y se han descrito como valores y operaciones arquitectónicas a lo largo de este documento. Sin embargo es importante notar que aún cuando el edificio posee un sistema de climatización pasiva de gran rendimiento, su lógica no resuelve por completo el problema de la disminución de su temperatura. De esta manera por ejemplo, en las noches frías, donde se anula el tiraje producido por el calor acumulado en el techo, es necesario activar ventiladores que sean capaces de evacuar todo el calor producido durante el día, que por lo tanto permite una nueva acumulación de calor el día siguiente. De lo contrario el sistema de evacuación colapsaría al primer día de funcionamiento (Ball, 2010). Pero las críticas más interesantes tienen que ver con la transferencia tecnológica a partir de su referente biológico.

Estudios contemporáneos han establecido nuevas teorías sobre el funcionamiento de la ventilación, el intercambio de gases, y el equilibrio de la temperatura y la humedad dentro de los nidos.

Probablemente esta nueva información producida en el seno de la

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En este contexto es donde se deben situar los avances en el conocimiento de los termiteros establecidos por los equipos de Turnur & Soar y Korb & Lisenmair. En realidad, para todos los tipos de termiteros las superficies del mismo posee pequeños túneles que se prolongan hacia la superficies formando importantes zonas de porosidad. De esta manera se multiplica la superficie expuesta al viento, que trasciende ya a la reducida y única boca de los nidos abiertos. De esta manera, y al igual entonces que en un pulmón, el sistema de respiración es mixto, y por lo tanto aportan tanto las estructuras subterráneas con su convección natural, como la porosidad del montículo con su convección forzada por el viento.

Ahora, desde el punto de vista térmico, la comprobada variación de la temperatura interior de los termiteros durante el año permite suponer que en realidad, los mecanismos de termoregulación de los termiteros no están orientados a la mantención de una temperatura constante, ya que esta varía al mismo tiempo que varía la de su exterior. Tampoco existe una relación comprobada entre los procesos de ventilación y la temperatura del interior de los termiteros. Más bien el balance interno está relacionado con la inercia térmica del suelo sobre el cuál se ubican los termiteros.

Por último, estos científicos pudieron comprobar que el aire en los montículos no llega al nido. Esto significa que otros mecanismos deben estar relacionados a la ventilación para que el termitero cumpla con su función de intercambio de gases. En cualquier caso, lo que parece interesante, es que independiente de las teorías acerca del funcionamiento preciso de un termitero, en el Eastgate Centre, directa o indirectamente, se comprobó la importancia de prestar atención a como la naturaleza resuelve problemas análogos a los que se enfrenta el diseño sostenible. La relevancia además es absoluta en el contexto de la sostenibilidad, ya que el control de la temperatura es uno de los gastos claves en el funcionamiento de un edificio y además un importante responsable del cambio climático (Pauli, 2011).Y las lecciones de diseño presentes en el Eastgate Centre, en su modelo actual o en aquel perfeccionado por las nuevas teorías, al estar integradas en la forma del edificio, y no siendo geometrías complejas, parecieran ser perfectamente replicables en otros proyectos de arquitectura de igual magnitud. Esto último se debe en parte a la cantidad de calor necesario de ser generado para producir

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investigación científica permitiría mejorar aún más el desempeño de edificios con climatización pasiva, y mejor aún, abrir nuevas posibilidades de transferencia. Por lo demás, independiente de las nuevas teorías, las virtudes del Eastgate Centre no pueden ser rebatidas, por lo tanto, a pesar de los errores metodológicos en la observación y la transferencia de las virtudes de los termiteros, el edificio sigue aportando indudablemente una experiencia valiosa para sus usuarios como para la academia.

el tiraje del aire. Por lo tanto la dimensión de los proyectos en los cuáles se pudiese adoptar estas estrategias debiese ser relativamente grande. Este hecho a su vez presenta al mismo tiempo un problema y una oportunidad. El problema es que podría no poder aplicarse a edificios de pequeña escala, pero oportunidad porque es probable que un número mayor de metros cuadrados en el mundo esté relacionado a grandes edificios.Y si no fuese de esta manera, qué duda hay del aporte que implicaría en términos cuantitativos.

2.2 ESCAMAS DIGITALES PARA EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA Dentro de los ejemplos más destacados del enfoque contemporáneo de la biomimética, y asociado a la clase Insecta, se encuentra el estudio y posterior transferencia tecnológica de la iridiscencia en un grupo particular de mariposas diurnas. Se trata del género Morpho, o las mariposas azul metálico. A diferencia del caso del escarabajo atrapanieblas (Stenocara dentata), cuyas características se han transferido a la arquitectura en más de una tecnología, no hay registro a la fecha de transferencia de la iridiscencia de las mariposas Morpho a obras arquitectónicas. Sin embargo, si hay más de una aplicación de sus tecnologías derivadas a distintos objetos de diseño. Claro está que el fenómeno de la iridiscencia en los animales no es una materia de interés reciente.

Dentro de los grandes naturalistas y viajeros de los siglos XVIII y XIX, destacan las descripciones de Darwin acerca de las mariposas Morpho al llegar a las costas de Brasil 5. Más adelante podemos encontrar en A. A. Michelson 6 (1911) una de las referencias más tempranas acerca del estudio de este fenómeno que también está muy presente en otros insectos como también en las aves.

Posteriormente es al menos desde H. Onslow 7 (1921) donde se empieza a estudiar particularmente las características propias de los insectos que hacen del fenómeno un comportamiento diferente a otras taxas animales. En este momento además, y gracias a los avances tecnológicos del campo de la óptica, el fenómeno deja el apelativo “metálico” y pasa a referirse a la constitución física del mismo, con el término de “color estructural” (C.W Mason 8, 1927; Anderson & Richards 9, 1942). Sin embargo, no es hasta los trabajos de H. Ghiradella 10 (1974) y J. Huxley 11 (1976) donde se estudian más específicamente las familias Papilio y Morpho, que representan las taxas donde el fenómeno es más apreciable en tanto cantidad de especies y reflectancia lumínica. Hoy en día destacan particularmente los estudios en ambos géneros de P. Vukusic (1999), quién trabajó junto a H. Ghiradella, y en menor medida, de S. Kinoshita et al. (2002).

5 DARWIN, CH. Viaje de un naturalista alrededor del mundo. Pág. 45. Editorial El Ateneo, Buenos Aires 1951 (1844).

6 MICHELSON, A. A. (1911) On metallic colouring in birds and insects, Phil. Mag., 21, 554–566.

7 ONSLOW, H. (1921) On a periodic structure in many insect scales and the cause of their iridescent colours, Phil.

Trans. R. Soc. Lond., B211, 1–74.

8 MASON, C. W. (1927) Structural colors in insects. II, J. Phys. Chem., 31, 321–354.

9 ANDERSON, T. F. and RICHARDS, A. G., Jr. (1942) An electron microscope study of some structural colors in insects, J. Appl. Phys., 13, 748–758.

10 GHIRADELLA, H. (1974) Development of ultraviolet-reflecting butterfly scales: how to make an interference filter, J. Morphol., 142, 395–410.

11 HUXLEY, J. (1976) The coloration of Papilio zalmoxis and P. antimachus, and the discovery of Tyndall blue in butterflies, Proc. R. Soc. London, B193, 441–453.

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Figura 02_2 01. Mariposa Morpho peleides en pleno vuelo.

La relevancia de este caso no sólo radica en el secreto morfológico que le permite a estas mariposas producir estos colores tan vivaces, sino porque el fenómeno radica en la optimización de la luz solar para la producción de color y brillo. Esta faena constituye uno de los ámbitos de desarrollo tecnológico más relevantes en nuestro día a día (televisores, cine, publicidad, computadores, etc.).

Como consecuencia, el uso de los objetos resultantes constituye una fuente significativa del uso de la energía eléctrica. De esta manera, y conociendo el importante impacto que tienen sobre la sostenibilidad ambiental los procesos de generación de energía eléctrica, resulta muy pertinente observar y transferir estos fenómenos desde la morfología animal al diseño.

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El género Morpho, comprende alrededor de 80 especies que habitan la zona biogeográfica del neotrópico (América del sur 12, caribe y sur de México), es decir, son propias y únicas del continente americano. Esto sin embargo no hace exclusivo el fenómeno a América 13, ya que el otro género relevante (Papilio) habita en los cinco continentes. En general las mariposas Morpho son posibles de observar en las diferentes agrupaciones vegetales que forman la selva tropical (Figura 02_2 01) , y existe una mayor concentración de especies en las áreas que se ubican cercanas a la costa. Se las observa con frecuencia volando por zonas de alta densidad arbórea, con una gran discontinuidad espacial, y en particular, al igual que muchas especies de “matapiojos” (Odonata), a lo largo de los vacíos que forman los diferentes cursos de agua. Estas áreas de desenvolvimiento se caracterizan además, como es sabido, por un gran nivel de precipitaciones. Si a este hecho asociamos la densidad vegetacional, también podremos destacar que el espacio donde vuelvan posee una luminosidad ambiental bastante baja. A pesar de tener un vuelvo muy irregular, lo que las hace difíciles de observar y colectar, frecuentan bordes de ríos donde liban en el suelo de los minerales, o se agrupan en torno a frutos caídos al suelo y en descomposición, para libar de su néctar.

Figura 02_2 02. Estructura de las alas de la familia Nymphalidae.

12 En Chile no existen especies del género Morpho, pero sí existe una especie nativa miembro de la familia Papilionidae: Battus polydamas archidamas (Boisduval,1836).

13 También existen en Chile mariposas con escamas iridiscentes, pero de ninguno de los géneros descritos.

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Descripción del referente Biológico

Siguiendo la clasificación taxonómica hacia una definición más precisa de las características físicas de la mariposa Morpho, debemos reparar en que este género forma parte de la familia Nymphalidae (Figura 02_2 02). Lo más destacable de esta familia, pero que no constituye un fenómeno exclusivo de esta familia, es que el característico colorido de el lado dorsal de sus alas, es decir, aquél que es observable cuando las alas están abiertas, es completamente colorido, contrastando con el lado ventral que es mucho menos vistoso. Esta familia posee descritas a lo menos 5.000 especies en el mundo, y el rango de tamaño varía desde mariposas pequeñas de 4 cm de envergadura alar, hasta mariposas de gran tamaño de aproximadamente 20 cm de ancho. Son precisamente, dentro de la familia Nymphalidae, las mariposas del género Morpho las que alcanzan este tamaño. Es importante destacar que a pesar del tamaño de las alas, en general el tamaño de las escamas sigue siendo el mismo.. En lo particular, las Morpho constituyen uno de los géneros más interesantes del orden Lepidoptera, tanto por su tamaño como por su colorido. Hoy en día este interés de carácter superficial (magnitud y belleza) adquiere un interés más profundo debido a los estudios que han descubierto cómo esta mariposas reflectan la luz y producen el color. A pesar de poder observarse con frecuencia en los hábitats en que se desarrollan, el género Morpho sólo está constituido por 80 especies. Las más pequeñas tienen una magnitud de 7 cm (Morpho rhodopteron) y las más grandes alcanzan los 20 cm de extensión (Morpho hecuba).

La gran mayoría de las especies representantes del género poseen brillantes colores que se encuentran entre las gamas del azul y el verde. Destacan dentro del grupo como las más iridiscentes, la Morpho rethenor, seguida por la Morpho cypris. Este hecho las

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Las mariposas del género Morpho son, al igual que el resto de las mariposas diurnas y nocturnas, parte del orden Lepidoptera.

Este agrupa a todos los insectos cuya característica morfológica principal es que sus alas están cubiertas por escamas. La etimología del nombre proviene del griego “lepis”, que significa “escama”, y “pteron” que significa “alas”. De esta manera, los únicos insectos que poseen estas estructuras son los lepidópteros. Estas pequeñas estructuras es encuentran adheridas a la gran superficie del ala, y al formar una segunda capa que no cumple la función mecánica del vuelo, además del colorido, colabora en diferentes funciones vitales, como la termoregulación, el cortejo y la comunicación.

Los lepidópteros son el segundo grupo de animales más numeroso de nuestro planeta, alcanzando hoy en día alrededor de 165.000 especies, es decir aproximadamente el 12% de los animales que habitan la tierra.

Figura 02_2 03. Estructura de una escama de mariposa.

ha transformado en casos particulares de estudio para observar qué características específicas permiten que el fenómeno sea más potente que en las otras especies.

A diferencia del resto de los lepidópteros, su atractivo colorido no se debe a la pigmentación de sus escamas (Figura 02_2 03), sino que son el resultado de la iridiscencia. Así, al igual que muchas otras especies de animales, su colorido es el resultado de la reflexión de la luz solar.Y tal como se describió previamente, este colorido sólo se presenta el lado dorsal de sus alas. En general el ventral es absolutamente opaco y oscuro además. Este hecho es relevante ya que este lado de las alas sólo es posible de observar cuando la mariposa tiene las alas cerradas, que se disponen perpendiculares al suelo u otro apoyo, y por lo tanto también a la luz del sol. Por el contrario, el lado dorsal sólo es observable en el vuelo, y por lo tanto en movimiento, lo que amplia el rango de recepción de los rayos solares, que además van variando durante este movimiento.

De hábitos solitarios, salvo en época de apareamiento, en general

Figura 02_2 04. Nanoestructura de una escama de mariposa a) Morpho didius, b) Morpho rhetenor, c) Morpho adonis y d) Morpho sulkowskyi.

Figura 02_2 05. Porcentajes de transmisiรณn, absorciรณn y reflexiรณn en las alas de Morpho didius, Morpho rhetenor, Morpho adonis y Morpho sulkowskyi.

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Figura 02_2 01. Arriba a la izquierda una Morpho didius, arriba a la derecha Morpho rethenor, abajo a la izquierda una Morpho adonis, y finalmente una Morpho sulkowskyi.

sólo los machos poseen estos colores brillantes. Si a esto se le suma la fuerte territorialidad que ha sido observada in situ, lo más probable es que evolutivamente el colorido tenga una función de comunicación intrasexual, donde más allá de hacer al macho más llamativo para la hembra, le comunica al resto de los machos que cierto territorio es de su dominio. Es importante notar en este sentido que el espacio en que se desenvuelven esta mariposas es muchas veces umbrío, pero interrumpido por algunos pocos haces de luz que logran atravesar la espesa vegetación hasta el suelo. Esta situación de contraste, sumada a la fuerte reflectancia de hasta un 70% de la luz que poseen sus alas, hacen que estas mariposas sean posibles de divisar a gran distancia dentro de la selva. Sin embargo, es probable que al menos esta característica de reflectancia también sea incidente en el proceso de termoregulación de su cuerpo, ya que las escamas en todas las mariposas cumplen esta función específica al funcionar como una doble superficie que regula la incidencia de los rayos solares en la producción de calor, y permite

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complejos sistemas de ventilación entre un plano (el de la escama) y el otro (el del ala). Este hecho abre otro ámbito de estudio biomimético del cuál no se ha encontrado estudios específicos hasta el momento, pero que eventualmente podría conducir -en arquitectura al menos- a sistemas de fachadas o cubiertas de control climático pasivo. De cualquier manera, y para calzar con el enfoque presentado en este trabajo, la transferencia al ámbito del diseño sólo sería útil mientras el sistema integrado por escamas y alas fuera más eficiente que los sistemas arquitectónicos existentes, y que su micro estructura o principio físico fuera capaz de transferirse técnicamente a la escala del diseño humano.

Figura 02_2 07. Isométrica explotada que grafica el fenómeno de multiplicación de la luz solar sobre el ala de una mariposa Morpho.

(1) las escamas superiores de “vidrio”, (2) las escamas inferiores de “suelo”, (3) la dirección de la luz incidente, (4) la reflexión de la luz, y (5) las múltiples superficies que componen la escama de “suelo”.

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Características formales o de comportamiento

La iridiscencia en las mariposas Morpho se produce por la presencia de múltiples escamas superpuestas de diferentes grados de transparencia y translucidez. Las escamas en las mariposas corresponden evolutivamente a la mutación de pelos que se han ensanchado y aplanado al mismo tiempo. Su constitución es monocelular y se desprende de la capa más exterior del exoesqueleto de los insectos. En general miden entre 75 y 200 micras. Sus funciones fundamentales son la protección de las alas y la pigmentación. Esta última función está orientada principalmente a

Figura 02_2 08. Ilustración que grafica las tres escalas que componen el fenómeno adaptativo de las mariposas Morpho. En el hexágono superior se puede apreciar la composición por escamas de la superficies del ala de una mariposa cualquiera. En el hexágono inferior izquierdo, un aumento para observar la superposición de escamas de “suelo” bajo escamas de “vidrio” en el género Morpho.

En el último hexágono, un aproximación aún mayor para observar una isométrica cortada del espesor de una escama de “suelo”. Allí se puede observar una microestructura que replica la superposición de superficies para multiplicar la luz incidente.

la intercomunicación con el medio, como se ha descrito, destacando también la señalización acerca de su propia toxicidad, o el camuflaje con el entorno para su sobrevivencia. Al igual que un sistema de cubierta, las escamas se encuentran ordenadas por filas, y se encuentran traslapadas. Además de esto, la mayoría de las especies poseen dos tipos de escamas, unas más opacas, con melanina que les otorga colorido, ubicadas más cercanas al ala, o “ground scales” y otras absolutamente transparentes, ubicadas sobre las otras, o “glass scales”. Para ambas escamas, el lado inferior de la escama no posee prácticamente textura o dibujo alguno, mientras que el lado exterior posee una microtextura intrincada que se presenta en forma de una cadena de crestas dispuestas de manera longitudinal. Las escamas de suelo poseen un mayor nivel de reflexión, mientras que las escamas vidrio ayudan a aumentar el ángulo de reflexión de la luz, lo que le otorga una mayor visibilidad desde diferentes ángulos. Una de las características fundamentales que diferencian a las Mariposas Morpho, es que poseen en las escamas transparentes, múltiples capas dentro de esta estructura superficial. En algunos casos la multiplicación llega a 12 veces (12 microcapas). La iridiscencia entonces se producen cuando se mezclan dos fenómenos. Primero la reflexión de la luz en múltiples capas, que multiplica la luz recibida, y luego la interferencia de la luz entre la escama con múltiples capas de aire, que es lo que produce los colores azules y violetas típicos de este género. El resultado de la relación de estas distintas escamas y su multiplicación en gran parte de la superficie de las alas de las mariposas Morpho, es un sistema a escala microscópica que produce una reflexión de la luz hasta en un 70%. Esto optimiza la visibilidad del color, de una manera muy superior a la que la hacen, al menos en los organismos vivos, los pigmentos.

Descripción de la transferencia tecnológica

Hoy en día, los estudios que han venido desarrollando el conocimiento entorno a este fenómeno natural, han podido ser transferidos a objetos de diseño gracias al desarrollo de tecnologías de manufactura nanométricas. El caso más interesante lo constituyen pantallas electrónicas que replican las microestructuras de las mariposas Morpho. Se trata de un dispositivo llamado “Modulador Interferométrico” (imod) que ocupa la misma superficie de un pixel en una pantalla tradicional, pero que ocupa los principios físicos de aumento del color a través de la reflexión. Lo hace replicando este efecto mediante un sistema microelectro-mecánico que está compuesto por dos láminas conductoras. Al igual que en las escamas, una de ellas es una membrana reflectante, mientras la otra está superpuesta y es una delgada película bajo un sustrato de vidrio. Como ambas láminas están separadas, también existe

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la presencia de un pequeño volumen de aire, que replica esta situación existente en las alas de las Morpho. Claro está que el imod no replica exactamente la microestructura porque las condiciones ambientales de apreciación del color en el caso de las Morpho ni son las mismas, ni tienen el mismo objetivo, por lo tanto, debe haber una innovación técnica que modifica la microestructura original y se adapte a su nueva función.Y una de las variaciones funcionales más importantes es la producción de una gama más amplia de colores que los existentes entre el azul y el verde. De esta manera, el imod como microestructura de láminas conductoras, posee dos posiciones. La primera, cuando no hay voltaje aplicado sobre las láminas, ambas capas se presentan separadas y reflejan la luz ambiente con un color específico. Pero al aplicarse un pequeño voltaje sobre el imod, ambas láminas se unen por electroestática, absorbiendo la luz incidente, y tornandola oscura. Para la definición del color en la primera posición, depende de sus separación y por lo tanto del volumen de aire entre capa y capa. De esta manera para un mayor volumen de aire se reflecta el rojo, intermedio para verde y pequeño para azul. Todas las combinaciones posibles entre las diferentes variables que participan del microsistema,

Figura 02_2 09. Dispositivo IMOD mostrando la reproducción de colores distintos.

incluyendo por supuesto la incidencia de la luz ambiente, forman cada uno de los pixeles de color de esta tecnología de pantallas. La empresa que lidera esta transferencia tecnológica es Qualcomm. Fundada en 1985 y con sede en San Diego, Estados Unidos, es una empresa enfocada en el desarrollo de nuevos productos electrónicos vinculados específicamente a la industria de los computadores. Destacan entre otras tecnologías las de comunicación, como la ampliamente conocida 3G, teléfonos satelitales, etc. Dentro de su amplio espectro de negocios posee una división dedicada al desarrollo de visualizadores (pantallas) para diferentes dispositivos electrónicos llamada “Mirasol Displays”. Estos visualizadores utilizan la tecnología de los imods para constituir un sistema de visualización llamado mems (Micro Electro-Mechanical Systems). No está claro el vínculo entre las investigaciones científicas que han descubierto el funcionamiento de la iridiscencia en las alas de las mariposas Morpho con el desarrollo técnico que ha replicado su funcionamiento y transferido a las pantallas de visualización de esta marca en particular. Es probable que este vínculo perdido se deba a protección de propiedad intelectual, o probablemente a conflictos de transferencia de esta información entre el mundo científico y el mundo empresarial. De cualquier manera la empresa explicita su estrategia de innovación en base a la biomimética, y sobre las mariposas Morpho en particular.

En estos momentos el producto comercial más relevante que integra estas tecnologías es el e-reader que ha desarrollado la empresa Qualcomm. La estrategia comercial detrás de este producto ha implicado que este producto integre las aplicaciones más complejas de esta tecnología. Sin embargo, esta misma tecnología se ha integrado ya a otros dispositivos electrónicos de manera exitosa. En todos estos casos son diferentes tipos de pantallas electrónicas las que desarrollan en mayor o menor medida la tecnología de Mirasol displays.

Los productos beneficiados van desde teléfonos celulares (Hisense C108 Mobile Phone, bajo peso y bajo consumo) hasta dispositivos de monitoreo a distancia que transmiten imágenes por video (ktf Show care monitoring system).

Problemas y oportunidades para el diseño biomimético

Para el caso de transferencia biomimética entre la producción de color de las mariposas Morpho y la producción de color en las pantallas Mirasol es posible asociar, en términos dimensionales una transferencia muy directa. Es decir, el tamaño de las escamas en las mariposas es muy similar al tamaño de los pixeles de las pantallas. Sin embargo, el funcionamiento en los dispositivos imod de las pantallas lograron ser más versátiles que su referente

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biológico, ya que no sólo son eficientes desde el punto de vista cuantitativo, en su capacidad de emitir luz con pocos recursos, sino que además los imod son capaces de producir una gama más amplia de colores. Ahora con respecto a la funcionalidad del referente biológico y del componente técnico, la función es exactamente la misma. Evidentemente, y a diferencia del caso de transferencia de sistemas constructivos para invernaderos derivado del escarabajo atrapanieblas, en este caso el fin último del fenómeno de producción de luz no tiene que ver con el de su origen (sexual).

Donde tanto en el escarabajo como en el invernadero el fin tiene que ver con el suministro de agua como fuente de vida.

La condición comercial de los objetos a los cuales han sido transferidas las cualidades de producción de color demuestra que, independiente de lo complejo que haya sido diseñar u hoy en día fabricar estos dispositivos, es posible su reproductibilidad en gran escala. Esta cualidad del producto es coherente con la posibilidad de que eventualmente estos dispositivos puedan utilizarse en otros soportes de diferente uso, e incluso de que estos puedan aumentar su tamaño. Es de esperar que así como hoy los dispositivos Mirasol se ocupan en diversos dispositivos de visualización portátiles, también en el corto plazo puedan formar parte de dispositivos de mayor tamaño -sin por ello aumentar el tamaño de su unidad- como pantallas gigantes. En esta misma línea, y si querer forzar el evidente uso que tiene esta tecnología en el ámbito del diseño de objetos, quizás se puedan enfrentar de mejor

Figura 02_2 10. Tablet PC a partir del IMOD.

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14 Condición de pertenencia exclusiva de algunas especies de organismos vivos a un territorio acotado y único. Es decir, que no se encuentran en ninguna otra parte del mundo.

En cualquier caso, esta transferencia tecnológica parece estar consolidándose como un nuevo caso exitoso de la biomimética contemporánea, cuyo enfoque innovativo productivo nos permite acceder a un tipo de diseño con menor impacto en el medio ambiente. Para comprobar los beneficios de esta nueva tecnología, se ha probado su eficiencia energética llegando a resultados como por ejemplo, que una pantalla Mirasol consume alrededor de un 34% menos de energía que un dispositivo similar que use una de las populares pantallas lcd. Esto no deja de ser relevante cuando este tipo de pantallas son las de mayor consumo hoy en día, al menos en nuestro país. La firma pike research, especialista en análisis de tecnologías limpias y a quién fue encargado este estudio de eficiencia, estableció además que este hecho tiene un efecto colateral positivo que consiste en la extensión de la vida de las baterías hasta en un 51%. Tampoco deja de ser relevante este hecho cuando la huella de carbono de la producción de las baterías es alta, y sobretodo cuando el fin del ciclo de vida de las mismas es altamente contaminante.Y en términos generales, el ciclo de vida de estas pantallas arroja como resultado un 94% menos de emisiones de CO2 que las alternativas en su fase de uso. No cabe dudas entonces que la hipótesis general de la biomimética en este caso se cumple a cabalidad. Es decir, gracias a la observación cómo se producen algunos de los colores más brillantes en la naturaleza, hoy los dispositivos de visualización electrónica pueden ser mediambientalmente más benignos.

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manera los problemas que han limitado un mayor uso de este tipo de pantallas con fines arquitectónicos. Es decir, desde hace mucho tiempo que se han considerado las superficies electrónicas como componentes constructivos de vanguardia. En un momento no eran más que utopías análogas a las plateadas por Julio Verne, pero posteriormente, y gracias a los constantes quiebres innovativos de la electrónica, se han puesto a prueba como componentes en distintas tipologías arquitectónicas. Ferias, pabellones y arquitectura efímera en general, han forzado constantemente los soportes estructurales de estos dispositivos visuales para delimitar espacios cambiantes, informativos. En muchos de estos casos una de sus grandes limitaciones la constituye la necesidad de oscuridad para una correcta apreciación lumínica. En otros casos, y por el mismo motivo, el exceso consumo de energía para lograr efectos visuales que por lo mismo son difíciles de mantener en el tiempo, haciéndolos caducos sin que necesariamente la actividad o el fin fueran transitorios. Pero si la tecnología de Mirasol permite la proyección digital durante (y gracias) a la luz ambiente, pero además es eficiente en términos de consumo eléctrico, podría de una vez considerarse más seriamente el uso de estos dispositivos como componentes constructivos.

2.3 EL ESCARABAJO ATRAPANIEBLAS Y LA OPTIMIZACIÓN DEL AGUA EN ZONAS ÁRIDAS Uno de los casos más paradigmáticos del enfoque de la entomimética corresponde a un tipo de escarabajo que habita en el Desierto de Namibia, y que tiene la capacidad de adherir las gotas de agua de la niebla nocturna como único medio de adquirir este recurso vital. El caso aparece por primera vez descrito en la Revista Nature (Parker y Lawrence, 2001), en un artículo de que describe las características formales y “preformativas” que le permiten a este insecto sobrevivir día a día. Posteriormente, el caso ha sido constantemente referenciado en la mayoría de los artículos genéricos sobre la biomimética. Sobresale por relacionarse con una problemática cada vez más vigente, como lo es la gestión del recurso hídrico en zonas de gran escasez del mismo. La rutina en que se inscribe este fenómeno se inicia cuando el escarabajo sale de su escondite diario para aprovechar la humedad, en formato de neblina, producida en el desierto debido a los cambios de temperatura entre el frío del mar y el calor del continente. Se traslada entonces a la cornisa de las dunas donde vive para exponer su cuerpo a la neblina, dejando que esta se adhiera a su superficie, y formando gotas de agua que, gracias a la disposición de su cuerpo inclinado, caen hasta su boca. Esto lo debe repetir con tanta frecuencia como sea posible. El escarabajo atrapanieblas corresponde en realidad a un conjunto de especies del género Stenocara. Este género forma parte a su vez, según la clasificación taxonómica vigente, a la familia Tenebrionidae. Las taxas relevantes superiores corresponde al orden Coleoptera, en el cuál se reconoce a todos los comúnmente llamados “escarabajos”, a la clase Insecta, y al Phylum Artropoda.

Estas clasificaciones son relevantes en este caso para decir que, como muchos otros organismos vivos, los Tenebriónidos poseen exoesqueleto y que además es el más rígido de todos sus semejantes.

Para el caso es relevante saber que la familia Tenebrionidae presenta usualmente una variación importante en la textura de sus élitros (o alas exteriores), que conforman curiosos dibujos en sobre relieve. La gran mayoría de ellos vive en ambientes estepáricos y/o desérticos, desenvolviendo su vida principalmente en el suelo. Cuando habitan zonas desérticas acostumbran pasar la jornada diurna bajos piedras si el suelo es duro, o enterrados en la arena cuando se trata de dunas o la playa. Es por ello que las especies que habitan en estos últimos paisajes poseen una forma semejante a la fisonomía de una gota de agua, que les permite enterrarse fácilmente. Acostumbran por lo tanto, salvo la época de reproducción, a realizar sus actividades rutinarias durante la noche. El género Stenocara posee hasta el día de hoy una reducida cantidad de especies descubiertas. El característico

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Figura 02_3 01. Escarabajo Stenocara dentata.

endemismo 14 de la familia, se debe a la escasa capacidad de volar que tienen sus especies. Por lo mismo, sólo algunas de ellas, como por ejemplo el Stenocara dentata, poseen las características formales y materiales relacionadas con la captación de la humedad que los hacen tan interesantes. Aparentemente, este género sólo habita en el desierto de Namib, en Namibia, que consiste en una extensión costera ubicada entre las latitudes 23º y 28º sur, y los paralelos 15º y 17º oeste. Esta ubicación geográfica es prácticamente idéntica a la que posee nuestro Desierto de Atacama. Por lo demás, la aridez del entorno en que se desenvuelve el escarabajo de Namibia se debe a la presencia de la corriente fría de Benguela, que al igual que la corriente del Humboldt, recorre la costa de norte a sur produciendo, entre otros fenómenos, bancos de nubes que chocan contra la topografía costera elevada. Estas características geográficas producen adversas condiciones climáticas relacionadas principalmente a la ausencia de agua dulce que dificultan el desarrollo de la vida. Este hecho destaca la importancia del estudio de las especies tanto vegetales como animales que viven en estas zonas áridas, ya que al menos en el ámbito de la gestión del agua, constituyen una fuente extensa de adaptaciones y por lo tanto, de ejemplos potenciales para la transferencia tecnológica.

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Características formales o de comportamiento

Las cualidades del escarabajo atrapaniebla que hacen posible el aprovechamiento de la escasa humedad del desierto, tienen que ver con variables morfológicas en diferentes escalas, como también con una variable performativa. Dejaremos el problema de la conducción del agua, que en este caso se realiza por un simple efecto de la gravedad, y nos concentraremos más en su absorción.

Partiendo desde el punto de vista performativo, es posible observar tres aspectos relevantes. El primero es, sin embargo, consecuencia de una cualidad morfológica. La forma del abdomen del escarabajo Stenocara, como se describió anteriormente, posee la geometría de una gota de agua, tanto en corte como en planta. Entonces al posicionarse el escarabajo a favor del sentido del flujo de la neblina marina, es decir, principalmente de oeste a este, se produce un golpe de esta corriente contra el cuerpo del escarabajo. Esta situación (Figura 02_3 02) a su vez, no solo altera en una pequeña escala el sentido del aire húmedo, sino que además le baja levemente la temperatura, ya que su exoesqueleto se encuentra frío. Este fenómeno entonces, produce una mayor condensación de la neblina, potenciando la fuente, en este caso, de agua. Por otra parte, los aspectos morfológicos más interesantes son posibles de analizar en tres escalas. Más allá de la forma general del cuerpo, los élitros de esta familia poseen en general, diversos patrones en sobre

Figura 02_3 02. Isométrica cortada a través del eje longitudinal de un escarabajo de la familia Tenebrionidae, que muestra la diferencia de temperatura entre el exterior y el exoesqueleto del insecto. (1) Exoesqueleto, (2) Superficie granulosa propia del Stenocara dentata presente en su abdomen, (3) Dirección de la brisa marina, (4) Proyección de la posición de las patas que permiten la inclinación del abdomen que recibe el agua.

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relieve. En el caso del género Stenocara la variación de su superficie (Figura 02_3 03) resalta a la vista por su dimensión milimétrica, y se compone de una serie de ondulaciones casi espinosas distribuidas, aparentemente, de forma aleatoria. Esta textura aumenta la superficie de contacto y facilita además la concentración de las pequeñas gotas de agua. Este aspecto morfológico es aún más interesante cuando se analiza bajo microscopio electrónico. En él es posible ver además, que este tipo de ondulación se encuentra también en una escala nanométrica, a lo largo de toda la superficie.

Es decir, en la escala milimétrica aquello que aparece cóncavo “o” convexo es completamente cóncavo “y” convexo en la escala nanométrica. El último aspecto de interés radica más en una cualidad material que morfológica, pero que de todas maneras colabora en conjunto con el resto a potenciar esta capacidad de absorción. De esta manera, la explicación del fenómeno físico (Figura 02_3 04) de la aglomeración de la pequeñas gotas de agua se establece como que las gotas grandes se forman debido a la

Figura 02_3 03. Representación diagramática de la sección a través de la epicutícula. a) Cemento, b) cera, c) cera orientada, d) epicutícula externa, e) epicutícula interna, f) filamentos epicuticulares, g) procutícula, h) canal poroso.

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superficie ondulante de la superficie de sus élitros, que consisten en zonas hidrofóbicas, que repelen el agua debido a una capa de cera, alternadas con zonas hidrofílicas, que carecen de ella (Parker & Lawrence, 2001). Este aspecto complementa la relevancia de la temperatura de los élitros en la capacidad de adherir la humedad de la neblina o del aire nocturno. Resulta particularmente interesante esta cualidad, no descubierta anteriormente, ya que los élitros de los insectos están constituidos materialmente por polímero naturales, por lo tanto, biodegradables además. Esta puede constituir una importante ventaja comparativa de los insectos u otros artrópodos, que están todos compuestos por Quitina, toda vez que estos “plásticos biodegradables” ya están siendo hoy sintetizados artificialmente para ser producidos en grandes cantidades.

Figura 02_3 04. Corte esquemático que muestra el proceso de captura del agua. (1) Gotas de agua provenientes de la brisa, (2) Dirección del viento, (3) Fusión de gotas de agua, (4) concavidad hidrofóbica del élitro del escarabajo Stenocara dentata, (5) convexidad hidrofílica, (6) Éxoesqueleto del escarabajo.

ENTOMIMÉTICA

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Descripción de la transferencia tecnológica

A partir del caso del escarabajo atrapanieblas se han abstraído al menos dos tipos de lecciones bajo el enfoque de la biomimética contemporánea. El primero tiene que ver con el sistema térmico de fluidos que facilita la condensación del agua. El segundo, con la combinación de materiales hidrofóbicos e hidrofílicos para la captación y conducción del agua. En ambos casos subyace un principio físico abstracto, del cuál prescinde en este caso el insecto, pero que no somos capaces de observar y entender hasta encontrarnos con un caso paradigmático como éste. Sobre la composición de superficies que combinan áreas superhidrofílicas y superhidrofóbicas en una escala nanométrica, se han sugerido usos de esta tecnología en medicina (Gillmor et al., 2000), como también en el diseño industrial a través de capas antineblinas donde se han fabricado patrones hidrofílicos sobre superficies superhidrofóbicas (Zhai et al., 2006). Destaca una experiencia de

Figura 02_3 06. Superficie de prueba de adherencia del NIST.

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alcance industrial desarrollada por los Científicos del National Institute of standards and Technology (nist) de Estados Unidos, que han fabricado superficies de prueba para la evaluación de pinturas u otros materiales que necesitan alta adherencia a superficies (Figura 02_3 06). La técnica está basada en un soporte fotosensible que se activa con luz ultravioleta. Por su parte, las lecciones sobre la condensación que nos entrega este insecto han sido ampliamente desarrolladas por una serie de personas y conglomerados que se encuentra bajo el alero del proyecto “Sahara Forest”. En el destacan el arquitecto Michael Pawlyn (Nicholas Grimshaw Architects), y los ingenieros Bill Watts y Charlie Paton. Ellos han desarrollado una tecnología que está siendo ocupada en diferentes proyectos pilotos de invernaderos de zonas áridas bajo la marca “Seawater Greenhouse”. El primer proyecto fue desarrollado en 1992 en la Isla Canaria de Tenerife, alguna vez conocida como “El jardín de los Dioses”, pero actualmente en un estado de aridez dañado excesivamente por la extracción de agua dulce. El prototipo fue construido en Inglaterra y armado en Tenerife, y los resultados de este proyecto piloto validaron el concepto y demostraron su potencial para otras regiones áridas (Pawlyn, 2009). El sistema consiste en evaporar agua marina de parrillas en el lado expuesto al viento, y condensar la humedad en agua dulce en su lado opuesto. Una infraestructura productiva en base a sol, agua y un poco de electricidad que se transforma en una estrategia ejemplar de cómo el diseño sostenible puede transferir lecciones desde los organismos vivos. Además, como el proyecto producía más agua que la que necesitaba la infraestructura (invernadero), se comenzó a regar el entorno ya que no existía población cercana a la cual eventualmente abastecer. De esta manera se desarrolló una formación vegetal que eventualmente pudiese en otro caso transformar este pedazo de tierra yermo en una superficie de cultivo para el consumo humano, en medio del desierto, y sin consumir agua dulce, que en estos casos además, es la base del frágil equilibrio ecosistémico de este tipo de entornos.

ENTOMIMร TICA

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Figura 02_3 07. Esquema de funcionamiento del proceso de condensaciรณn.

Figura 02_3 08. Primer prototipo en Tenerife.

Figura 02_3 10. Teatro Las Palmas en Islas Canarias. Nicholas Grimshaw Architects.

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CAPÍTULO 3

HACIA UNA DEFINICIÓN DE LA ENTOMIMÉTICA

ENTOMIMÉTICA

15 Se discute acerca del autor que ocupa por primera vez la palabra “biología”, pero se centra la discusión alrededor del año 1800 DC.

Toda vez que se tratan de relacionar distintos ámbitos del conocimiento, en este caso, de la biología y el diseño, surge la necesidad de encontrar parámetros de comparación que permitan validar la transferencia de un ámbito hacia otro y viceversa.

Así entonces, cuando enfrentamos el análisis de la morfología y el comportamiento de los insectos con el diseño es necesario construir los vínculos conceptuales que permitan profundizar este análisis para obtener lecciones que sean aplicables en la teoría o en la práctica del diseño. Sin embargo, estos vínculos se basan principalmente en el conocimiento generado en el ámbito de la biología, pero están definidos por los intereses del diseño. Así entonces, teniendo en consideración el desarrollo de las ciencias biológicas a lo largo de la historia, es posible aseverar que su objeto de estudio ha sido descrito y sus comportamientos interpretados de diferentes maneras en el tiempo. Por lo mismo, el interés que detonan en las disciplinas creativas asociadas al diseño, también a ido cambiando, y en un momento son tales los aspectos que parecen relevantes, y se explican de tal manera, como otros intereses y explicaciones subsisten en otro momento histórico. En este contexto, el enfoque contemporáneo de la biomimética posee un fuerte sentido de observación de las características morfológicas de los organismos vivos y/o su comportamiento, mientras aquello presente una solución funcional a un problema medioambiental.

Sin embargo, los organismos vivos se pueden entender como cuerpos materiales que logran tanto una autopoiesis (autoconservación, autoreplicación y autorregulación), como al mismo tiempo, una relación con el medio en que se desenvuelven.

Es decir, existen comportamientos o morfologías que pueden presentarse tanto en el exterior como en el interior de sus cuerpos, y que están directamente relacionados con funciones vitales. La Biología como ciencia que estudia la vida y los organismos vivos, se refiere a las características presentes en determinado momento en el tiempo de determinada especie, a pesar de encontrarse en un estado constante de mutación. Pero esta velocidad de variación es tan lenta que en la corta historia de la ciencia aparecen como objetos estáticos, es decir, que mantienen sus características. Por ejemplo, en el tiempo que tomemos en estudiar un organismo, realizar una transferencia tecnológica y aplicarla a un objeto de diseño, sus características morfológicas y fisiológicas asociadas no presentarán una variación significativa sobre aquello que se quiere imitar. En contraste a la estabilidad del objeto de estudio, es relevante recordar que tanto antes como después de que se acuñara el término que ocupamos hoy en día de ‘Biología’ 15 , su epistemología ha sido dinámica, y por lo tanto ha ido

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3.1 UNA CUESTIÓN TAXONÓMICA

evolucionando en el tiempo según los avances consecutivos en las tecnologías de observación de nuestro cuerpo o los que nos rodean.

Así se ha interpretado la morfología de los organismos vivos como su comportamiento principalmente mediante lo que podemos observar de ellos. Entonces los marcos teóricos formados por los conocimientos generados en estas observaciones ha ido variando a lo largo de la historia, y así para un mismo organismo se han sacado diferentes conclusiones en el tiempo mientras el conocimiento ha ido evolucionando. Un buen ejemplo de esta relación entre conocimiento y comprensión de un fenómeno lo constituyen las distintas explicaciones acerca del funcionamiento de la ventilación en los termiteros, descrito en el capítulo ‘Termitas Bioclimáticas’.

Por lo mismo, en muchos casos estas teorías son refutadas con otras nuevas y se quiebran los paradigmas de toda una época.

En otros casos las nuevas teorías construyen nuevos vectores de conocimiento que abren campos más complejos de análisis, donde el objeto de estudio permite más de una aproximación conceptual.

Bien, en este entendido entonces, se puede establecer que a lo largo de la historia han surgido diferentes enfoques o maneras de entender a los organismos vivos, y por lo tanto, diferentes maneras en tomarlos como referencia para transferir sus lecciones al diseño.

Sin embargo, los tres casos de productos de diseño presentados en el presente trabajo, permiten la identificación de ciertas características comunes en el proceso de transferencia tecnológica a partir de la observación de los insectos. Estas características podrían por lo tanto, construir una definición de una estrategia de diseño a partir de los insectos, o “entomimética”, en base a su relación con el enfoque contemporáneo de la biomimética. El término correspondería a una especificidad de conocimiento dentro de la biología, que en los insectos se llama ‘entomología’. Es decir, el principal factor del surgimiento del término ‘entomimética’ se debe a la división taxonómica de la ciencia que estudia los insectos, como una subcategoría de la ciencia que estudia a todos los organismos vivos, la biología. Por su lado, el sufijo ‘mimético’, comparte la aproximación semántica presente en el significado contemporáneo de la ‘biomimética’, donde ‘mimesis’ se asocia a la mecánica de imitación de ciertos comportamientos presentes en la naturaleza, o a considerar a la naturaleza como una fuente de ideas de diseño relacionadas con funciones, más que a la concepción tradicional asociada a un mecanismo de analogía formal, relacionado con la búsqueda de una belleza formal, o biomorfismo. De esta manera, sería posible extender esta subclasificación de la biomimética, al menos nominalmente, también a otras categorías taxonómicas alternas o superiores de otros organismos vivos. Así podríamos hablar, para el caso de categorías paralelas, eventualmente de ‘ornitomimética’, o el diseño a partir de los pájaros, cuya ciencia

de estudio es la Ornitología. ‘Herpetomimética’, o el diseño a partir de los reptiles cuya ciencia de estudio es la Herpetología, etc. Adscritos a la lógica de clasificación de los organismos vivos establecida por Carlos Linneo y aún vigente, aparentemente la agrupación de estrategias de diseño asociadas a ciertas categorías taxonómicas, como la entomimética, responden más a la especificidad de la ciencia que permite entender cabalmente los referentes estudiados, que a características propias de la categoría.

Es decir, una característica importante de la subdivisión de la biomimética consiste en los científicos especializados que generan la información que describe una morfología o un comportamiento específico. Sin embargo, si revisamos los casos analizados, nos daremos cuenta que el análisis profundo de las especies responde más a ámbitos del conocimiento relacionados con la física, o la química, que con la biología, por lo tanto, trascienden la especialidad del entomólogo, quien, inserto aún en la historia natural, está abocado en la descripción de las características físicas del insecto, más que a cuestiones relacionadas a su comportamiento, o el efecto de estas características físicas en relación al medio. Hoy por hoy se trata aún de una labor descriptiva. Por ejemplo, en el caso de las ‘Termitas Bioclimáticas’, los estudios involucrados en definir las características del funcionamiento de la ventilación en los termiteros, orientados a una transferencia tecnológica, necesitan de conocimientos específicos a la dinámica de fluidos. Para el ‘Escarabajo Atrapanieblas’ los estudios relevantes dicen relación con el efecto de condensación, y las cualidades químicas de la superficies de este escarabajo. Así en el caso de las ‘Escamas digitales’, son los conocimientos de la fotónica aquellos que permitieron descifrar el secreto de la potencia del color en las Mariposas Morpho.

Por último, como se notó en cada caso, todos estos fenómenos pueden ser especialmente potentes en los casos referidos, pero están presentes en otras categorías taxonómicas. Los fenómenos de manejo del agua se comparten con muchas especies de plantas, la iridiscencia es más acotada y destaca también en el grupo de las aves, aunque quizás las cualidades de ventilación propias de los termiteros sólo se encuentran presentes en otros tipos de nidos de insectos. A pesar de esto, y cómo se describió en el capítulo sobre las cualidades morfológicas de los insectos, la categorización taxonómica reúne aspectos morfológicos que le son particulares y exclusivos, y que por lo tanto pueden presentar ventajas comparativas a futuros desarrollos tecnológicos. Destacan en este sentido, y en términos generales, como razones importantes para un biomimética basada en los insectos, la incomparable cantidad de especies existentes, que superan ampliamente a cualquier otra expresión de vida en el planeta, y por lo tanto les permite estar presentes en todos los hábitats terrestres. En el mismo sentido parece relevante que el gran número de especies posee al mismo

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ENTOMIMÉTICA

Figura 03_1 01. Grillo camuflado sobre la forma que imita.

Figura 03_1 02. Cuncuna tropical.

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tiempo también una gran cantidad de individuos. Por otro lado también pareciera constituir una justificación de subcategorización dentro de la biomimética, la gran diversidad de estructuras funcionales que poseen, y que por lo tanto, que integran formas que a su vez detonan múltiples fenómenos de interés en su relación con estos hábitats. En lo particular destaca como una cualidad la presencia del exoesqueleto, que actúa como una interfaz de relación entre el insecto y el medio ambiente, capaz de percibir estímulos externos, y que por lo tanto ofrece en sus diferentes especies un gran catálogo de formas disponibles que podrían asociarse a las problemáticas medioambientales.

16 Planta herbácea endémica de la península de los Balcanes, Acantus hungaricus, que era esculpida originalmente en los capiteles del orden Corintio.

La relación entre los organismos vivos con los productos o procesos del diseño humano ha existido desde siempre. Las primeras expresiones arquitectónicas prehistóricas se construían directamente “con” la naturaleza misma, utilizándose partes de plantas o animales para la definición de un confort mayor al del medio natural. Sin embargo, el hito fundacional de la relación entre la naturaleza y la arquitectura, lo constituye probablemente la arquitectura Egipcia.

En ella sus componentes constructivos no sólo se decoran con elementos naturales, sino que además integran ciertas observaciones acerca de como funcionan, en particular, las estructuras de los árboles (Spiller, 2007). Sin embargo se trata de una teoría forzada, en esta época el diseño integra sólo en su dimensión estética, y no funcional, ciertas formas o comportamientos de los organismos vivos. Así las analogías entre la arquitectura y la naturaleza tienen un origen intuitivo, y un desarrollo ingenuo. En el mejor de los casos, decorativo como las hojas de Acanto 16. A pesar de que esta época está llena de ejemplos de este tipo de transferencia, no es posible construir un enfoque biomimético debido a la ausencia de un constructo contemporáneo teórico en el ámbito del diseño o la arquitectura. En su libro “Arquitectura y Naturaleza”, Philip Steadman utiliza el concepto de “Analogía” para evaluar teóricamente el interés de la relación entre naturaleza y diseño.Y ante las diferentes relaciones posibles de establecer, define al menos cinco tipos de Analogías: Orgánica, Clasificatoria, Anatómica, Ecológica y Darwinista (Evolucionista). Cinco maneras de trasladar conceptos teóricos presentes en la naturaleza, estudiados por la biología, y posibles de vincular al desarrollo del diseño. La analogía “Orgánica” se refiere tanto a una relación visual, compositiva, como una funcional. La primera interpretación se basa en la búsqueda de

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3.2 ENTOMIMÉTICA EN EL CONTEXTO DE LOS DISTINTOS ENFOQUES DE LA BIOMIMÉTICA

la belleza, a partir de la base de que todo lo natural es bello y que ello se debe a la armoniosa relación de sus partes. Como un objeto de diseño también se compone de partes, el uso de elementos “orgánicos” tiende a embellecer la reunión de “órganos” de un cuerpo construido. La segunda interpretación de esta analogía es más cercana al enfoque tecnológico contemporáneo, en el sentido de establecer una transferencia de principios funcionales desde los organismos vivos al diseño. En este sentido, es posible inscribir la lógica estructural del tronco del árbol en el diseño de una columna, y no sólo como una cuestión decorativa. De esta manera Steadman equipara lo bello con lo útil, y por lo tanto la parte sólo posee significación funcional en relación al todo. Pero esta relación entre utilidad y belleza no es posible de observar en la mayoría de los componentes constructivos, que desde la arquitectura egipcia y grecorromana, integran formas y figuras de organismos vivos, sin ninguna funcionalidad derivada verdaderamente de las capacidades estructurales del referente biológico. Si bien este

Figura 03_2 02. Capitel con abeja esculpida.

enfoque biomimético que podríamos llamar “la naturaleza es una fuente de belleza” aún es utilizado hoy en día, dista bastante de las transferencias tecnológicas necesarias para mitigar el impacto del diseño en el medio ambiente. De hecho, este enfoque es quizás el más opuesto al carácter funcional de la biomimética planteada en esta investigación. Por lo mismo, este enfoque es poco relevante para la Entomimética, sobretodo teniendo en consideración la complejidad geométrica de las partes que conforman un insecto, como su propia complejidad funcional. Es más fácil de observar como este enfoque ha tomado como referencia más bien organismos vegetales, hojas, ramas, etc. donde probablemente subyace una aspiración a la reconstrucción de un paisaje idílico donde la presencia de las plantas constituye su principalmente elemento compositivo. Muy por el contrario, el tamaño y los movimientos de los insectos rara vez forman parte significativa del paisaje. A pesar de todo, los insectos si constituyen un grupo de impresionante atractivo plástico.

Si bien el Hombre siempre se ha maravillado con las diversas expresiones de la naturaleza, existen dos momentos claros donde el asombro se ha incrementado exponencialmente. El primero trasciende las clasificaciones tradicionales de momentos históricos, abarcando un rango amplio del conocimiento científico entre el Renacimiento y la Ilustración. En esta época, y a diferencia de la época clásica, se empiezan a estudiar metódicamente las formas de cuerpos animales y vegetales, como en el caso del matemático Leonardo de Pisa (Fibonacci), para descubrir la leyes matemáticas y geométricas que subyacen a la belleza natural.. Los estudios de Pisa y sus colegas son cercanos a la inquietud medieval por el “número de oro”, e influenciaron la investigación de las proporciones en la plástica, tan desarrollada durante el Renacimiento por la mayoría de los grandes artistas de la época. Llamaremos a este enfoque, “Principios de Orden”, ya que se trata de buscar en los organismos vivos, leyes proporcionales que subyacen a la forma, y por lo tanto constituirían la clave abstracta de la belleza de un referente biológico. Así estos trazados reguladores de la forma pudiesen aplicarse a diferentes operaciones de diseño. Sin embargo, dos importantes características de este enfoque conforman al mismo tiempo sus limitaciones en un mejor entendimiento de la morfología natural, y en particular de los insectos; el cuerpo humano como principal foco de atención (que dejaba de lado todo el resto de los organismos vivos), y una dimensión abstracta de las proporciones, que puede perder sentido para composiciones liberadas de la variable funcional que las determina. Como en muchas de estas aproximaciones a las transferencias conceptuales entre organismos vivos y diseño, el tema de la proporción del cuerpo ha sido investigada en otros momentos históricos

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Figura 03_2 03. Proporciones en una mariposa Clodius paranassius.

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Otras de las analogías establecidas por Steadman es la “Anatómica”, donde por primera vez las disciplinas asociadas al diseño enfrentan una transferencia de las funciones “de órganos a componentes”. Cuando siglos de estudios alojados en la Medicina no logran dar explicaciones suficientes acerca de cómo funciona nuestro cuerpo, la inclusión de ciencias incipientes como la Física y la Química a finales del siglo XVII, dan origen a la doctrina del Mecanicismo. Enunciado formalmente por René Descartes, y fundamentado por varios investigadores científicos como Giorgio Baglivi (1727). Este último plantea que el cuerpo humano no es más que un complejo sistema de movimientos mecánicos y químicos que obedecen leyes matemáticas. Sin embargo, como reacción a este planteamiento radical acerca del funcionamiento del cuerpo humano, surge la doctrina del Vitalismo, u Organicismo, que se consolida a fines del siglo XVIII principalmente gracias al pensamiento de Xavier Bichat. Éste profundiza el pensamiento Aristotélico donde las funciones de un organismo vivo se deben a un principio vital que no ha sido posible de ser explicado, y que difiere de las reacciones bioquímicas en las que se basa el Mecanicismo. En esta línea, por ejemplo, Theophile de Bordeu alude a que los procesos de la vida no pueden explicarse a través de las leyes de la física, la química o las matemáticas solamente, sobre todo cuando es posible reconocer “una fuerza inteligente” que constituye la base de la autodeterminación de un organismo vivo, que engloba bajo el concepto de “sensibilidad”. Para el diseño biomimético, este debate posee especial interés ya que constituye la base del análisis del cuerpo vivo y sus partes. La definición sistémica sobre la que refieren ambas doctrinas permite reconocer dos parámetros para observar los organismos vivos; tanto desde el punto de vista fisiológico (función) como desde el anatómico (estructura). Del Vitalismo podemos rescatar antes que nada el nacimiento de la dimensión material del concepto de lo “orgánico”. Aquella “fuerza vital” que supuestamente permitía el funcionamiento de los organismos vivos, determinaba que algo fuese orgánico o inorgánico. Cuando no estaba presente, por ejemplo, debido a los efectos del calor, no permitía restituir sus condiciones originales.

A aquello se le llamaría desde entonces “materia inorgánica”, no relacionada a los organismos vivos. De esta manera, la posterior y contemporánea interpretación del término orgánico significa “similar a los organismos vivos”, y entonces en el ámbito del diseño, similar a las formas de los organismos vivos. Otro aspecto interesante para la biomimética consiste en que el Mecanicismo

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posteriores, como en el “Modulor” de Le Corbusier, quien trataba en este caso de sistematizar las medidas del cuerpo orientadas a una optimización de la industria de los componentes constructivos.

pone especial énfasis en la dimensión cuantitativa del organismo vivo. De alguna forma el cuerpo, sus partes y su funcionamiento empiezan a leerse más en base a números, peso, longitud, etc.

Esta traducción a números constituye un primer grado de abstracción de la forma tal, que pudiese releerse nuevamente a través quizás de la geometría y la física. Lo interesante de estos enfoques es el entendimiento, según Theophile de Bordeu, de la “irreductibilidad vital de los órganos”, es decir, cuando un cuerpo complejo se constituye de un conjunto de partes que cumplen funciones específicas y que poseen un cierto grado de autonomía.

Esta visión compartida tiene mucha relación con el enfoque técnico-constructivo asociado a la arquitectura diseñada a partir de componentes constructivos, donde cada pieza posee un nivel de autonomía asociado a una función edificatoria.

El gran desarrollo del conocimiento y la ciencia en la época de la Ilustración coinciden con la presentación al mundo de una diversidad de organismos vivos fruto de los frecuentes viajes a zonas remotas realizada por los naturalistas. El gran fruto de este encuentro radica en la descripción exhaustiva y metódica de un sinnúmero de especies de organismo vivos, y un posterior desarrollo teórico acerca de sus morfología, comportamiento, relaciones, etc. Destaca en este contexto el Systema naturae de Carlos Linneo, donde se propone la clasificación de todos los organismos vivos a través de la asimilación o no de características físicas. También es en este momento donde se desarrolla toda la genealogía teórica de la evolución, pasando por Buffon, Saint Hilaire, Cuvier, Lamarck y Darwin. Analizando el enfoque de la época, Foucault (1966) destaca sus nuevos parámetros de observación, que parecieran ser muy pertinentes para una vinculación con el diseño. Así nota como “El campo de visibilidad en el que la observación va a tomar sus poderes no es más que una visibilidad librada de cualquier otra carga sensible y pintada además de gris, donde este campo define, la posibilidad de la historia natural y de la aparición de sus superficies, formas, y relieves”. Por lo mismo, esta nueva epistemología científica sería nuevamente interpretada de manera superficial, donde el diseñador se impresiona principalmente por el aspecto de estas nuevas superficies, formas y relieves, dando nuevos espacios para las analogías y falacias biológicas. Las causas de este equívoco se pueden fundar en el gran desarrollo de publicaciones con ilustraciones de gran calidad de la época, que son posibles de observar por ejemplo en la obra del naturalista francés Claudio Gay. Una visión menos equívoca de la relación entre esta nueva manera de ver los organismos vivos y el diseño arquitectónico radica en el establecimiento de analogías de orden conceptual. En este sentido,

ENTOMIMÉTICA

Un primer gran aporte de la Historia Natural, en la construcción posible de un enfoque biomimético, tiene que ver con el levantamiento de casos de organismos vivos, sobretodo desde su dimensión formal, y que tienen su soporte en dibujos de gran calidad, que aumentan su carácter volumétrico. Las variables con las que se llevaría a cabo este gran levantamiento de información son la forma de los elementos, cantidad de esos elementos, manera en que se distribuyen en el espacio los unos con relación a los otros, magnitud relativa de cada uno (Foucalt, 1966). Un segundo aporte radica en los sistemas de clasificación de las especies, pero no por la clasificación o sus diferentes categorías en sí mismas, sino más bien por los criterios acerca de la forma y la función de las partes de los animales y las plantas. Ellos nos permitirán dirigir la mirada con mayor precisión, guiándonos de manera más rápida y precisa a los casos que puedan observarse a partir de los problemas que nos planteamos como diseñadores. Así, este enfoque en base a la “Clasificación a partir de caracteres morfológicos” es muy relevante para la biomimética, y en particular para la Entomimética ya que en los casos analizados, su comportamiento o morfología subyacente corresponde precisamente a este tipo de caracteres tan importantes para la historia natural. De hecho, esta dimensión de aproximación a la morfología de los insectos permite observar que las características que destacan uno u otro caso son más óptimas en una especie que en otras especies del mismo género.Y las mismas van desapareciendo en la medida de que subimos a taxas más amplias (Familia, Orden, Clase).

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17 Para él las especies no mutaban, sino que sus variaciones provenían de otros lugares que no habían afectado su continuidad como aquellas que habían desaparecido.

si bien Georges Cuvier aportó un cabo ciego en la teoría de la evolución 17, fue importante en la promoción del concepto de la anatomía comparada, donde define una necesaria relación entre la morfología de las distintas partes u órganos de un ser vivo. Al igual que Linneo, también estableció un sistema de clasificación del reino animal a partir de los rasgos exteriores, pero que estaba completamente subordinado a sus respectivas funciones, donde si bien los órganos internos estaban en menor contacto con el medio ambiente, reunían para él los rasgos más esenciales según los cuáles los organismos vivos debían ser clasificados. Esta visión fue implementada en el pensamiento arquitectónico por E.M.Viollet le Duc, donde expresados en un leguaje menos biológico, son los mismos conceptos de Cuvier los que explican el significado de los términos “estilo” y “unidad”. En un contexto estrictamente teórico, Viollet le Duc no sólo comparte ciertos conceptos de la biología que pudiesen ser útiles de aplicar al diseño, sino además busca una metodología que al igual que JNL Durand, persigue la extracción de conclusiones de una clasificación de la historia de la arquitectura válidas para el establecimiento de un enfoque o método de diseño de nuevos edificios (Steadman, 1979).

Figura 03_2 04. Catรกlogo de Escarabajos.

18 CAD: Computer aided Design.

CAE: Computer aided Engineering.

CAM: Computer aided manufacturing.

Un último enfoque que interesa revisar tiene que ver con la ecología de los organismos vivos, donde aquello que se observa ya no son necesariamente las especies de plantas y/o animales como referentes aislados, sino más se observa desde un punto de vista sistémico, la “mutua interrelación de los organismos vivos entre sí y con el medio”. Este enfoque es casi imposible de observar en el pasado en el diseño, pero esta presente al menos en la teoría de la evolución con que Lamarck justificaba la mutación de las especies, en base a la necesidad de adaptarse al medio en que se desenvolvían.

Para la Entomimética no conforman materia de interés las razones por las cuáles tal organismo adquirió una morfología.

En este sentido, no existe un interés al menos hoy en la morfogénesis, a pesar de que eventualmente permita entender mejor los comportamientos que nos interesan, y esto último constituir conocimiento asociado a mejorar las transferencia tecnológicas. El insecto está allí, presenta un comportamiento que nos interesa, y que está asociado a algunas características de su morfología, que probablemente sean aquello que constituya los desafíos tecnológicos que permitan su uso en el diseño. La relación de la entomimética con las teorías de la evolución son pragmáticas. Hoy en día el desarrollo de este enfoque ha crecido gracias a las nuevas tecnologías de diseño y fabricación digital. Destaca el manifiesto del grupo Ocean North, integrado en sus orígenes por Achim Menges, Michael Weinstock y Michael Hensel en Londres (2002). Se plantea que en la biosfera, la organización de sus distintos ecosistemas emergen de múltiples interacciones entre los procesos metabólicos de todos sus organismos vivos constituyentes, y que cada organismo abarca un rango de territorio del cuál extraen materia y energía, y por sobre el cual por lo tanto producen un efecto (Weinstock, 2000). Además de incluir las nuevas tecnologías de diseño y fabricación digital, y constituir una aproximación desde la disciplina del diseño, también tiene como foco la sostenibilidad de nuestro entorno construido.

Su postura es ambiciosa en el sentido de aquellas áreas que eventualmente pudiesen verse beneficiadas, como los son diferentes y múltiples sistemas materiales responsivos (al medio ambiente), la disposición espacial (programa), e incluso las formaciones sociales (asentamientos humanos). Su estrategia de diseño coincide bastante con las variables consideradas por la entomimética. Diseño basado en investigación, barreras difusas entre arquitectura y diseño industrial, ingeniería biomimética son aspectos de su autodefinición que se comparten absolutamente. Pero se agrega otra variable interesante que dice relación con las tecnologías avanzadas de CAD/CAE/CAM 18.

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Figura 03_1 05. Diagramas de morfogĂŠnesis en termiteros.

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La otra componente novedosa del presente enfoque es la condición evolutiva de las formas, y por lo tanto la capacidad eventual de integrar esta condición en el diseño orientado al desarrollo y perfeccionamiento de nuestros diseño en su interacción ecosistémica. La implícita búsqueda de la creación de las formas naturales a través de fórmulas matemáticas puede estar cercana a desvelar los misterios del Organicismo (Vitalismo) para fusionarlo definitivamente con los postulados del Mecanicismo. Si bien este enfoque está muy focalizada en la forma, apela a equilibrios intangibles que son realmente los fenómenos interesantes de observar y transferir. Hacer esto con herramientas formales, por lo demás, está comprobado que no es necesario debido al grado de abstracción de ciertos principios, como sucede en la transferencia de los principios de condensación del escarabajo Stenocara de Namibia. De cualquier manera, los desarrollos tecnológicos asociados a este tipo de búsquedas, al menos en el ámbito del diseño, se han constituido como poderosas herramientas que permiten una respuesta más compleja y diversa en el diseño de componentes o sistemas que pretenden transferir formas o comportamientos de los organismos vivos.

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CAPÍTULO 4

DESAFÍOS Y OPORTUNIDADES PARA LA TRANSFERENCIA TECNOLÓGICA DESDE LOS INSECTOS

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A partir tanto de los casos estudiados, es posible abstraer una metodología de investigación y desarrollo (I+D) que permita la difusión de esta estrategia de diseño. Esta metodología comprende un conjunto extenso de actividades que pueden dividirse en tres fases; investigación, desarrollo tecnológico y diseño para su aplicación. Las experiencias de transferencias exitosas a lo largo de la historia, y sobre todo las más efectivas de los últimos años nos muestran la necesaria reunión de conocimientos específicos asociados a estas tres fases. De esta manera, pareciera ser necesario que en el caso específico del diseño entomimético, deben interactuar correlativa e iterativamente, un profesional de la Entomología, uno de la Ingeniería y uno del Diseño (de objetos u arquitectónico u otra especialidad dependiendo del caso). La intensidad de la participación de cada uno de estos tres profesionales puede variar en el desarrollo de un proyecto, determinando por lo tanto las características del producto final. De esta manera, por ejemplo, la poca participación de un Entomólogo, puede producir un conocimiento parcial del referente biológico, y así afectar la efectividad de su replicabilidad técnica y por último su eficiencia en el producto diseñado.

Por lo mismo, también es difícil pensar que las barreras entre estas tres disciplinas son posibles de traspasar seriamente. Es decir, cada una de estas tres especialidades no puede realizar el trabajo del otro. Influenciar sí, aquello detonaría iteración en la metodología. En cualquier caso, pareciera ser que el trabajo de investigación del Entomólogo, a diferencia de los del Ingeniero y del Arquitecto, tiene un fin acotado relacionado con la generación de conocimiento específico que avance en la comprensión del desempeño de determinada especie. El Entomólogo genera una investigación, generalmente en el formato de un artículo o conjunto de artículos científicos de alcance público, y si ese producto es utilizado como la base de una transferencia orientada a diseño o no, no influye en el éxito de sus objetivos.

El compromiso con el proceso de I+D radica más bien en la selección del fenómeno a estudiar, es decir, si el fenómeno no posee una relevancia pública es muy probable que no se pueda alojar la investigación en la estructura formal y contemporánea de financiamientos de la ciencia. En este sentido se puede afirmar que la relevancia de los problemas relacionados con mejorar el impacto de los objetos de diseño en el medio ambiente natural, constituye hoy un factor importante para la justificación de áreas o casos de estudios científicos.

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4. 1 DEFINICIÓN DE UNA METODOLOGÍA PARA EL DESARROLLO DE UN DISEÑO ENTOMIMÉTICO

La segunda fase de una metodología entomimética consiste en el desarrollo tecnológico asociado al conocimiento de la ingeniería, la mecánica, la electrónica, o la química, entre otros.

Los conocimientos específicos de cada una de estas especialidades serán más o menos relevantes dependiendo de las características del fenómeno investigado. De esta manera, en unos casos las tecnologías de materiales asociados a sus características químicas podrán ser exclusivas o jerárquicas en relación a, por ejemplo, la mecánica, la electrónica, etc. En esta fase del proceso de I+D existen grados de interpretación de los fenómenos estudiados, donde se toma una primera decisión de diseño que tiene que ver con el grado de abstracción sobre el fenómeno estudiado. En este sentido, en un extremo está el desafío de la reproducción exacta de las características morfológicas que subyacen a determinado comportamiento, donde no existe una abstracción formal, y en el otro, donde el desafío consiste en la reproducción de un fenómeno físico asociado, y por lo tanto la abstracción de la forma que lo genera es absoluta. Por ejemplo, en el caso del “Escarabajo Atrapanieblas”, las superficies de prueba de la adherencia de pinturas desarrolladas por el National Institute of Standards and Technology (nist) replican la morfología del exoesqueleto del escarabajo Stenocara dentata en una escala nanométrica. Pero en otro extremo del proceso de abstracción, el sistema constructivo para invernaderos replica sólo el principio de condensación que complementa la capacidad de acumulación del agua de este escarabajo. Al mismo tiempo es importante notar que, por ejemplo, en el desarrollo tecnológico asociado a los invernaderos de Seawater Green Houses, se presenta la necesidad de tomar una decisión de diseño al momento de definir los componentes del sistema. Esta decisión, si bien la puede tomar el ingeniero, se presenta como una oportunidad para el diseñador como un espacio para la colaboración interdisciplinar.

La aplicación de las tecnologías desarrolladas en la segunda fase, que integran las virtudes del fenómeno presente en la especie de insecto estudiado en la fase inicial, constituyen la responsabilidad principal de la tercera y última fase donde el diseñador es el principal responsable. En esta fase se completa la dimensión funcional de la innovación tecnológica a partir de la unidad que reproduce el fenómeno observado, que se transforma en un módulo que se repite y agrupa según los criterios establecidos por el diseñador. Por lo mismo es posible decir que dentro de las labores específicas del diseñador está probar la versatilidad y eficiencia del modulo a través de la creación de distintos tipos de productos. Este hecho es posible de observar por ejemplo en el caso de las “Escamas digitales”, donde la unidad modular llamada IMOD podía ser adaptada y funcionar eficientemente en distintos tipos de pantallas electrónicas,

ENTOMIMÉTICA

Por último, dentro de la metodología general para el diseño entomimético, se puede hablar de una cuarta fase si reconocemos la importancia del marketing dentro de una cadena de I+D+i. Esta dimensión comercial le permite al producto insertarse en las lógicas del mercado, que aún permanece vigente como la herramienta principal para el desarrollo humano. Esta dimensión debiese estar orientada a lograr una escala considerable en relación la mitigación de los problemas medioambientales. Es decir, su multiplicación en serie como producto de mercado, y en relación a la tendencia de un “consumo verde”, le suma competitividad, posibilidades de dominio del mercado, y por último, de aproximación a mitigar en un alto grado el impacto objetivo.

Etapas del proceso de transferencia Las tres grandes fases descritas anteriormente describen una metodología de diseño biomimético que es compatible con cualquiera de las áreas de investigación específicas que integran la biología, dentro de ellas la Entomimética.Y dentro de estas fases es posible identificar actividades específicas, que son posible de agrupar por fase, pero que no son necesariamente correlativas.

Además es importante considerar que el inicio de estas actividades se puede dar en dos sentidos opuestos. Un proceso de transferencia tecnológica se puede dar a partir de la presencia de un estudio científico acerca de un fenómeno que es posible de relacionar con una problemática de diseño medioambiental. De hecho, es como generalmente sucede en los casos paradigmáticos analizados. Pero también puede estar inducido por la búsqueda de una solución de diseño. Este sentido quizás resulta más extenso en el tiempo, porque al proceso de desarrollo se le debe agregar el de investigación, pero

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como “tablet’s” y teléfonos móviles. En este caso la versatilidad del uso de la unidad modular implica otro tipo de desarrollo tecnológico, diferente al del desarrollado por el Ingeniero, esta vez en el ámbito de las construcción o su materialización. Otros aportes del diseño en esta última fase creativa, debido a su condición iterativa, dicen relación con la detección de tipologías de problemas producidos por el diseño, que cuantitativamente sean los más significativos, y que por último se agrupen en nichos de investigación, en este caso, de entomología. Estos nichos estarán inscritos dentro de los grandes soluciones ambientales, como el ahorro y la generación de energía, la disminución de la contaminación y la sostenibilidad de los recursos naturales. En este sentido, la presencia de estos nichos de investigación permitirán influir desde el diseño en la decisión de especies a estudiar, que tendrán por lo mismo, el potencial de generar nuevas transferencias cada vez más óptimas.

constituye una manera en la cuál el diseñador puede tener mayor injerencia en el desarrollo de esta línea de investigación.

A continuación se describen las actividades particulares que constituyen los pasos de una estrategia de diseño entomimético.

- Identificación de un problema de impacto medioambiental relacionado al proceso creativo, producción o funcionamiento de un objeto de diseño. La problemática global que afecta a nuestro medio ambiente natural se ha visto manifestada principalmente a través de los efectos negativos de la aceleración del calentamiento de la tierra, pero radican en la contaminación ambiental producida principalmente por la demanda de energía por parte del ser humano. La consecuencia más importante del calentamiento global, dice relación con la disminución del agua dulce. Entonces pareciera de primera prioridad que el diseño asociado al paradigma de la sostenibilidad ambiental enfrente las problemáticas especificas que dicen relación con estos impactos. En este contexto el diseño puede aportar desde la creación de nuevos objetos activos orientados a, por ejemplo, producir energía o administrar el recurso hídrico. También puede aportar a través de objetos pasivos asociados a la disminución del consumo de energía y por lo tanto de la contaminación, principalmente en el proceso de producción de estos objetos, como también en su funcionamiento.

- Asociación del problema seleccionado a un tipo de “ecoregión” 19 donde éste se manifieste de manera natural. Esta actividad constituye el vínculo directo del problema con un caso de estudio o referente biológico, ya que las ecoregiones mantienen un equilibrio tal gracias a estar compuestas por especies de organismos vivos que a lo largo del tiempo han logrado adaptarse entre unos y otros, y sobretodo, entre ellos y las condiciones climáticas imperantes. De esta manera la ecoregión se transforma en un universo acotado para la búsqueda de especies que presenten adaptaciones específicas sobre un problema ecológico.

Esta asociación de un problema a un lugar coincide con el caso de las “Termitas Bioclimáticas” y el “Escarabajo Atrapanieblas”, donde el clima árido en que viven ha determinado en el tiempo distintas adaptaciones para su sobrevivencia. Sin embargo esta lógica no es excluyente, en el entendido de que las adaptaciones no siempre se producen en la carencia sino también en la abundancia.

- Búsqueda y selección de especies de organismos vivos que habiten estas ecoregiones y que tengan relación con el problema identificado. En el universo de búsqueda probablemente los casos

19 Una gran unidad de tierra o agua que contiene una mezcla geográficamente distintiva de especies, comunidades naturales y condiciones ambientales”. Los límites de una eco-región no son fijos y definidos, sino que abarcan un área en la que importantes procesos ecológicos y evolutivos interactúan más fuertemente.

Fuente: http://wwf.panda.org/es/ acerca/donde_trabajamos/ecoregiones/

ENTOMIMÉTICA

pertinentes con el problema particular que se pretende resolver sean varios. Esto depende primero de la calidad del proceso de coincidencia entre organismos habitantes de la ecoregión y problema escogido. Pero también depende de lo evidente que pueda ser la estrategia adaptativa a simple vista. Esta actividad depende de la capacidad de observación del diseñador.

- Observación de estrategias de adaptación de estas especies.

En estos momentos se enfrenta por primera vez al objeto de transferencia. Por lo mismo, los resultados se constituyen como una herramienta para discernir en el caso en que las especies elegidas tengan más aspectos de interés para la ciencia, y por lo tanto haya más conocimiento disponible. También la identificación de estrategias específicas permite trascender el universo inicial de la ecoregión, cuando éstas se constituyen como indicador en el proceso de búsqueda de información de la etapa siguiente.

- Revisión bibliográfica de investigaciones científicas sobre las especies seleccionadas, o eventualmente sobre categorías taxonómicas superiores (Género, Familia, Orden, Clase, Fila).

Una vez encontradas y seleccionadas las especies de interés, se debe proceder a la búsqueda del conocimiento científico existente sobre la relación íntima entre la estrategia de adaptación y la especie que lo presenta. El proceso de búsqueda estará determinado por el tipo de fuente de información, usualmente artículos de revistas científicas de alto nivel académico, y por sus correspondientes motores de búsqueda. Es probable que la estrategia de adaptación se encuentre presente como característica en los grupos taxonómicos mayores a los de la especie escogida, o incluso, que se encuentre mejor resuelto por especies parentescas. Por lo tanto resulta importante efectuar una prolongación taxonómica de la especie para ampliar el universo de búsqueda. Por ejemplo, el “Escarabajo Atrapanieblas” comparte sus características con otras especies del mismo género, pero estas se diluyen a nivel de familia, y por otro lado, el escarabajo Stenocara dentata posee el desempeño más óptimo dentro de su propio género. A pesar de esto, es posible que

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- Selección de especies que presenten las estrategias que optimicen recursos para la solución del problema. Si bien esta actividad tiene directa relación con la anterior, consiste en un análisis más profundo que permita descubrir uno o más casos de estudio, identificando al mismo tiempo las características morfológicas o de comportamiento que hacen atractivo el estudio de estas especies. En esta etapa, en el mejor de los casos, se podrán identificar tipologías de estrategias de adaptación.

existan investigaciones de otras especies del género que puedan aportar en el entendimiento del fenómeno adaptativo.

- Descubrimiento de las características de la morfología o comportamiento que subyace a la adaptación. Es de esperar que los artículos científicos que traten acerca de las estrategias de adaptación de las especies elegidas hayan profundizado en el relevamiento de datos de las variables asociadas al caso. Estas variables deberían ser principalmente de índole morfológica, es decir, donde se puedan observar medidas, características de la superficie, componentes, etc. que nos permitan definir la morfología tipo, que en una escala,usualmente nanométrica, explican la forma que colabora en el desempeño de determinado fenómeno. El otro tipo de relevamiento de información tiene que ver con mediciones de variables del fenómeno, como nivel de reflectancia en el caso de las “Escamas Digitales”, variación de temperatura para las “Termitas bioclimáticas”, etc. Esta última información permite cuantificar el beneficio de la adaptación formal en relación a la problemática que se pretende resolver a través del estudio del referente biológico.

- Transferencia tecnológica mediante los recursos accesibles a un componente o sistema que sea replicable. Esta quizás es la actividad más relevante y compleja. Aquella que divide la investigación del diseño. Consiste en la abstracción formal o de principios físicos de la estrategia adaptativa, para luego ser reproducida mediante manufactura industrial, en una unidad modular. Se da la relación en que mientras se trata de transferir formas presentes en el referente biológico a un objeto de diseño, resulta necesario replicar esta forma en una escala muy pequeña, igual o cercana a la morfología referenciada. Este proceso implica un desarrollo constructivo de escala nanométrica, que requiere de un alto desarrollo tecnológico y por lo mismo, sesgado en cuanto a las posibilidades de replicabilidad en distintos contextos.

Por el contrario, cuando se trata de transferir principios físicos, no se requieren desarrollos constructivos ni a una escala muy pequeña, ni de mucha complejidad tecnológica. Según la investigación bibliográfica de los casos estudiados, no fue posible acceder a información relativa a esta actividad de transferencia.

Probablemente porque estos procesos deben sufrir el rigor del secreto comercial, donde se protege la innovación respectiva de la competencia.

- Prueba de la eficiencia de la unidad modular que integra la transferencia tecnológica. Una vez que gracias a la ingeniería se logra la replicabilidad técnica del componente o principio físico determinante de la estrategia adaptativa del referente biológico,

ENTOMIMÉTICA

- Diseño del objeto a partir de las distintas aplicaciones del sistema o asociaciones de los componentes creados. Una vez que existe la unidad funcional que replica el fenómeno adaptativo, se recurre al trabajo de diseño que integra este elemento o un principio dentro de un objeto construido. En general, cuando se trata de unidades asociadas a las características morfológicas del referente biológico, y por lo tanto a una replicabilidad a escala micro o nanométrica, estamos hablando de superficies que pueden variar en el polígono que las define, y complementarse con el resto de los componentes que cumplen las funciones complementarias para constituir un objeto. Es más difícil en estos casos crear una variación en la agrupación de las unidades modulares que no sean más que una superficie que replique las virtudes del referente. Por el contrario, cuando se trata de principios físicos, como el de la condensación en el “Escarabajo Atrapanieblas”, o el de la convección en las “Termitas bioclimáticas”, la labor del diseñador resulta mucho más amplia en términos de las posibilidad de materialización del objeto. Por ejemplo, el sistema de ventilación del Eastgate Centre podría integrarse por muchos componentes diferentes que asumieran los distintos roles dentro de la ventilación de un edificio. Además, el sistema probablemente debiese modificarse para poder seguir con su funcionamiento ideal. En el caso de principios físicos resulta relevante además que su producción en serie es más difícil en términos de un producto acotado, y se puede ver restringida su capacidad de ser aplicado en grandes cantidades, pero por otro lado, permite su utilización por otros diseñadores a la manera de un software de código abierto. Es decir, existe libertad para su utilización, y para las modificaciones que fuesen necesarias para adaptarse a un mayor número de casos de aplicación. Por el contrario, los objetos producto de transferencias morfológicas gozan del impacto de la industria en el mercado, y por lo tanto pueden tener un efecto mayor desde el punto de vista cuantitativo. Sin embargo, su posibilidad de modificación y utilización por parte de otros diseñadores resulta altamente difícil.

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se debe medir la eficiencia en relación al objetivo funcional con el que pretende solucionar el problema medio ambiental. Esto es muy importante para avalar el éxito comercial, y por lo tanto el impacto del producto. Por ejemplo, en las “Escamas Digitales” se debió medir la cantidad de energía necesaria para proyectar una imagen de la misma intensidad que con las tecnologías existentes. Como se explicó en su análisis, para este caso se logró establecer que la unidad IMOD necesitaba sólo un 30% de la energía eléctrica necesaria para producir una imagen de la misma intensidad que la media de las unidades de pantallas electrónicas existentes en el mercado

4.2 ¿CÓMO SE IMPLEMENTA LA TRANSFERENCIA TECNOLÓGICA EN LA BIOMIMÉTICA? En el estado actual de la problemática medioambiental es importante que los objetos diseñados y construidos por el hombre disminuyan su impacto en el medio ambiente natural, o aporten en la solución de un problema específico (Mc Donough 2000).

Pensar en proyectos donde el 100% del edificio es benigno con el medio ambiente natural, es más una invención comercial del negocio de la certificación y la normativa (leed, iso, etc.), que una realidad absoluta a la que se pueda llegar. Es decir, cuando un edificio logra alguna de las categorías establecidas por estos organismos, es porque su proceso constructivo, funcionamiento o ciclo de vida, está produciendo un menor impacto en el medio.

Las plataformas industriales contemporáneas, sobre todo del sector de la construcción, y la cultura o la demanda de los usuarios de los objetos que esta industria produce, hacen difícil hoy un cambio tan radical hacia objetos más ecológicos. Por lo mismo, quizás este hecho constituye el principal desafío de la presente estrategia de diseño sostenible. En este sentido, un proceso constructivo poco contaminante, el bajo consumo de energía durante su funcionamiento, o un ciclo de vida de bajo impacto, son las variables más importantes para disminuir el impacto en el medio ambiente natural. Sin embargo, estas variables forman parte de la perspectiva “reactiva” frente a los desafíos de la sostenibilidad, donde se “mejora” el desempeño medioambiental del objeto, y no se establece una relación “proactiva”, donde los desarrollos tecnológicos, más que venir a resolver un problema, proponen una optimización de las oportunidades medioambientales. Este último es el caso del sistema constructivo de invernaderos asociado al “Escarabajo Atrapanieblas”. Con la tecnología de estos sistemas se acumula agua dulce, que significa un aporte en términos de la optimización del recurso natural, y además permite la colonización de tierras aisladas, la generación de alimento, y el desarrollo vegetal de su entorno. Su estrategia de relación con el medio ambiente natural es absolutamente proactiva. No consume poca agua, produce en un lugar donde no la hay. Por el contrario, las “Escamas digitales” son un tipo de proyecto entomimético reactivo, relacionado a la energía, pero que no produce proactivamente más energía, sino que está orientado a disminuir su consumo.

Desde cualquier punto de vista, esto significa un aporte sustantivo al problema de la demanda por energía si pudiéramos medir la relevancia que tienen las pantallas electrónicas dentro del consumo eléctrico a escala mundial. Pantallas, teléfonos, televisores y

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Vimos como muchas de las características morfológicas de los insectos se relacionan con las diferentes necesidades de un proyecto de arquitectura. Los insectos nos entregan lecciones sobre estructura, permeabilidad, administración de la luz, del agua, etc. Por su lado, la “arquitectura animal” nos muestra soluciones interesantes al menos desde el punto de vista de la climatización pasiva. Entonces, en teoría, es posible pensar en edificios que integren en más de un requerimiento una transferencia tecnológica que los haga medio ambientalmente más benignos. Sin embargo hoy más bien tienden a estar relacionados a componentes específicos del edificio, como cerramientos, redes, estructura, etc.. En el Eastgate Centre podemos hablar de transferencia en la definición de su volumetría, distribución de los espacios, en la configuración de su red de ventilación, incluyendo la definición formal de algunos componentes de esta red (captadores, chimeneas, etc.). También, de manera muy gruesa en la composición de la fachada, pero no es posible observar transferencias, por ejemplo, en el ámbito de la estructura. En el sistema constructivo de invernaderos se observan transferencias en la definición de la crujía constructiva, superficies de fachada y redes de agua y electricidad. Pero en otro caso, eventualmente la reproducción industrial de la superficie del Stenocara dentata podrá aplicarse a la definición formal de un sistema de fachadas que absorban y conduzcan de mejor manera, por ejemplo, la neblina. Sin embargo, y a partir de los casos estudiados, en Entomimética pareciera ser que la estructura es un componente del sistema arquitectónico en deuda. ¿Pueden los insectos entregarnos lecciones para un diseño estructural? Probablemente, pero depende de estudiar las cualidades tectónicas de su exoesqueleto, de las cuáles existen muchas investigaciones científicas que podrían utilizarse para fomentar desarrollos tecnológicos.

Es necesario visualizar que son distintos los campos prácticos de la profesión en que la entomimética puede aportar. Los distintos componentes del edificio podrían ser indicadores cuantitativos del beneficio de la estrategia biomimética en el cuerpo del edificio. Se podría medir a nivel de masa al menos. Entonces podríamos decir que tal adaptación del insecto afectó positivamente a tal porcentaje del edificio. Según esto, probablemente en el caso del “Escarabajo atrapanieblas” la transferencia tuvo un menor porcentaje que en el caso de los termiteros. Una transferencia tecnológica

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computadores podrían verse beneficiados con esta innovación asociada a las mariposas Morpho. En términos de escala, constituyen productos usados por muchas personas, y en muchos lugares de mundo. Por lo tanto se trata de un beneficio de gran alcance geográfico y social.

orientada al diseño a partir de la observación de una morfología o comportamiento de un insecto puede ser medida también a través del grado de abstracción que permitió su replicabilidad técnica con los medios existentes. Así habrían productos más abstractos, cuya función quedaría desprendida de su forma originaria, y otros productos donde podría existir una coincidencia formal completa entre morfología o comportamiento del insecto y forma o desempeño del producto. En este segundo caso la mayoría de las transferencias realizadas consiste en replicar las microestructuras que son responsables de las virtudes de determinado fenómeno de adaptación en un insecto. Esto sucede en la mayoría de los casos. “Escamas digitales” se trata de la reproducción en una escala microscópica de la microestructura de la escama de una mariposa, para transformarla en un pixel. En este caso se replican anchos, largos, altos y materialidad para lograr efectividad en la producción de un haz de color. En cambio, los productos donde la transferencia fue más abstracta, se debe a que son principios físicos los sujetos de la transferencia. Como la condensación del agua en el caso del “Escarabajo atrapanieblas”. Desde este punto de vista, las “Escamas digitales” transfieren el principio físico de la reflectancia, pero requieren la reproducción de una microestructura mecánica morfológicamente muy similar al componente del referente biológico para poder aprovechar este principio. Sin embargo, en el “Escarabajo atrapanieblas” el principio físico de la condensación transferido a los invernaderos de Seawater Greenhouses prescinde absolutamente de su forma, y por lo tanto no necesita reproducirla.

<forma, >función = principios físicos (Sistema Constructivo de Invernaderos) >forma, >función = reproductibilidad técnica (dispositivo IMOD, Autómatas) <forma, <función = abstracción geométrica (Trazados Reguladores) >forma, <función = estético, decorativo (Capitel)

Frente a este dilema, la orientación de esta estrategia de diseño hacia la resolución de problemas medioambientales implica necesariamente, independiente de la vía, transferencias tecnológicas de desempeño medioambiental, es decir, funcionales. Por lo tanto, de las cuatro posible soluciones que se dan en la relación entre forma y función, se privilegian ambas que tiene una alta funcionalidad transferida.

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Figura 04_01. Plano cartesiano a partir de la relación entre la forma y la función en una transferencia biomimética. 1) Capitel con Abeja (Apis mellifera), 2) Escamas iridiscentes industrializadas a partir de la mariposas del género Morpho, 3) Sistema construtivo captador de agua a partir del fenómeno adaptativo del Stenocara dentata, 4) Sistema de proporciones en una Clodius parnassius.

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CAPÍTULO 1

CAPÍTULO 2

CUALIDADES MORFOLÓGICAS Y FISIOLÓGICAS DE LOS INSECTOS

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ENTOMIMÉTICA

INTRODUCCIÓN

ENTOMIMÉTICA COMO OPORTUNIDAD PARA EL DISEÑO SOSTENIBLE 00 01.

Onymacris unguicularis close up. Fotografía: James

Harris Anderson. En: http://www.flickr.com/photos/ jamesharrisanderson/5727784452/ 00 02. Mariposa nocturna sobre vidrio. Fotografía: Alejandro Soffia. En: http://www.flickr.com/photos/ 20ojos/4845431300/

CAPÍTULO 1

CUALIDADES MORFOLÓGICAS Y FISIOLÓGICAS DE LOS INSECTOS 01_1 01. Adhesión

en insectos, arañas, lagartijas y ranas. (a) Elementos terminales en los extremos pilosos de las almohadillas de (i) escarabajo, (ii) mosca), (iii) araña, y (iv) gecko (Arzt et al., 2003) mostrados en diferentes escalas (izquierda y derecha) y (b) la dependencia de la densidad del elemento terminal en relación a la masa del cuerpo (Federle, 2006). Imagen en: BUSHAN, Bharat. Biomimetics: lessons from nature – an overview.

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01_2 01. (a) Dibujo de un Saltamontes (Orthoptera,

Acrididae) identificando su morfología exterior. (b) Saltamontes con sus componentes principales explotados. En: http://museoentomologico. comfenalcoantioquia.com/S%C3%93LOPARANI% C3%91OS/PartesdeunInsecto/tabid/111/Default.aspx 01_2 02. Las alas de Locusta mostrando su venación.

Algunas de las venas secundarias están indicadas con flechas. INT = vena intercalar, ACC = vena accesoria (después de Ragge, 1955). En: CHAPMAN, R. F. The insects, structure and function. Harvard University Press, Boston 1982 (1969). Figura 115.

01_2 03. Pliegue de alas en Melolontha (Coleoptera).

A. Ala extendida. B. Ala plegada (de Jeannel, 1949).

En: CHAPMAN, R. F. The insects, structure and function. Harvard University Press, Boston 1982 (1969). Figura 119 125.

01_2 04. Facettenauge eines snfettes, aus dem ein Zeil herausgeichnitten ift. 1) Linehenartige Chitinfacette, 2) Regel, 3) und 4) Pigment, 5) Gehzelle, 6) Geshitäbchen.

Vusheffe und Doflein, , , Tierbau und Lierleben”, Bd. 1, Leipzig 1910. HEHMONS, Richard. Die Bielfüssler, Insekten und Spinnenkerfe. Bibliographisches Institut Leipzig und Wein, 1920, p. 7.

01_3 01. Berdanungsorgane und rervensystem del Rüchenschabe. Bg= Baudmart, BL= Blindjäde des Mitteldarms, Cer= Usterrais (Cercus), Ed= Enddarm, Gg= Ghirn, Kr= Dropf, Md= Mitteldarm, Mn= Mustelmagen (Raumagen), Mp= Malphiguische Refässe (Mierencanaälchen), Sp= Speicheldrüje, St= Stigma (Utmloch). HEHMONS, Richard. Die Bielfüssler, Insekten und Spinnenkerfe. Bibliographisches Institut Leipzig und Wein, 1920, p. 5.

01_3 02. Estructura química de la quitina y su componente monomérico primario,

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ÍNDICE DE ILUSTRACIONES

Nacetylglucosamine (de Arms y Camp). En BORROR et al. An introduction to the study of Insects. Saunders College Publishing, 1989 (6º edición). Figura 3‐3.

01_3 03. Diagramas mostrando las posiciones de las patas de Guerris durante su movimiento a través de la superficie del agua. Las flechas muestran las direcciones del movimiento de las patas en relación a su cuerpo; el insecto se mueve de derecha a izquierda (de Nachtigall, 1974).

01_3 04. Sombra de un “Jesucristo” sobre el fondo fangoso de un arroyo. La familia de chinches acuáticos Gerridae se destaca por su capacidad para desplazarse por sobre el agua. Especie: Gerris chilensis. Fotógrafo: Alejandro Soffia. En: http://www.flickr.com/photos/ 20ojos/4189244060/

CAPÍTULO 2

TRANSFERENCIAS AL DISEÑO DESDE LA MORFOLOGÍA Y EL COMPORTAMIENTO DE LOS INSECTOS 2.1 Termitas bioclimáticas Artour_a. Giant termite (Macrotermes sp) worker. En http://www.flickr.com/photos/ artour_a/370379419/ 02_1 02. Mora, Gloria. Dibujo de Castas de Termitas.

En el libro: WOLFF, Marta. Insectos de Colombia.

Laboratorio de Colecciones Entomológicas.

Antioquía, Colombia 2006, p. 106.

02_1 03. Dibujo del inicio de la formación de un termitero donde se puede observar a la reina sobredimensionada y llena de huevos en el centro, las obreras que construirán el nico a su alrededor, y 02_1 01.

finalmente un círculo perimetral de termitas soldado.

HEHMONS, Richard. Die Bielfüssler, Insekten und Spinnenkerfe. Bibliographisches Institut Leipzig und Wein, 1920, pp. 112-113.

02_1 05. Cizauskas, Carrie. Termite Mound, western Etosha. En http://www.flickr.com/photos/ artbandito/67821050/ 02_1 06. Molde completo en yeso del sistema principal de canales de ventilación en un montículo de la termita Macrotermes michaelseni en Namibia. El montículo es primero rellenado con yeso y luego la tierra lavada para revelar esta magnífica estructura, análoga a la bifurcación bronquial en los animales. El sistema capilar (conocido como canales de egreso) no es visible aquí.

En el artículo: MENGES, Achim. Manufacturing performance. Architectural Design.Vol. 78, n. 2, p. 45.

2008.

02_1 07. Isométrica cortada de un termitero de Macrotermes michaelseni, donde se pueden observar los distintos elementos que componen su sistema de ventilación. Esta imagen adapta el corte longitudinal de un nido de termitas de la especie Macrotermes michaelseni.

En http://lisastown.com/inspirationwall/2009/07/07/ are-termites-leading-the-way-towards-modernarchitecture/Concepto: Alejandro Soffia. Dibujo: Leonardo Suárez.

02_1 08. Ilustración que grafica las tres escalas que componen el fenómeno adaptativo del termitero de Macrotermes michaelseni. En el hexágono superior se puede apreciarla exposición de la estructura a la radiación del sol, el viento y la conducción de temperatura en el suelo. En el hexágono inferior izquierdo, un aumento para observar los componentes de la estructura de un termitero. Esta imagen adapta el corte longitudinal de un nido de termitas de la

ENTOMIMÉTICA

Corte esquemático por un recinto del Eastgate Center, a partir del dibujo presente en: http://www. greenthinkers.org/blog/2008/01/termites_are_smart. html. Muestra los distintos elementos arquitectónicos que conforman el sistema de ventilación pasiva del edificio. 1) Ducto vertical con aire frío proveniente del exterior, 2) Ducto vertical con el aire caliente eliminado de cada piso, 3) Vano de ingreso del aire frío a los suelos falsos de las oficinas, 4) Vano de egreso del mismo aire hacia el interior de las oficinas, 5) Vano de evacuación del aire caliente de la oficina, 6) Vano de evacuación del aire caliente de las oficinas al ducto vertical principal, 7) Ventana hacia el exterior, 8) Ventilación alta, 9) Fachada ventilada, 10) Organismo vegetales que aportan humedad y controlan el sol, 11) Quiebrasoles horizontales. Dibujo: Leonardo Suárez.

02_1 13.

2.2 Escamas digitales Fotografía de Mariposa Morpho peleides volando. Fotografo: Kid pro quo. En http://www.flickr. com/photos/kidproquo/3426713477/sizes/o/in/ photostream/ 02_2 02. Wings of Nymphalidae. A, Speyeria (Argynninae) (discal cell in hind wing closed by a vestigial vein); B, Kimenitis (Limenitidinae) (discal cell in hind wing open). D, (discal cell; hv, humeral vein.

En BORROR et al. An introduction to the study of Insects. Saunders College Publishing, 1989 (6º edición).

Figura 34-11, p. 600.

02_2 03. A. Mitad basal de una escama típica de un lepidóptero. B. Sección transversal de una escama (después de Bourgogne, 1951). CHAPMAN, R.F. The insects, structure and function. Harvard University Press, Boston 1982 (1969). Figura 121.

02_2 01.

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especie Macrotermes michaelseni. En http://lisastown. com/inspirationwall/2009/07/07/are-termites-leadingthe-way-towards-modern-architecture/. En el último hexágono, un aproximación aún mayor para observar los conductos de aire que alojan el intercambio con aire fresco del exterior del termitero. Concepto: Alejandro Soffia. Dibujo: Leonardo Suárez.

02_1 09. Suggested ventilation mechanisms in M. bellicosus mounds (a) Savanna, day: externally driven ventilation, ( savanna, night: internally driven ventilation, (c) gallery forest, day internally driven ventilation, and (d) gallery forest, night: internally driven ventilation. Bars show the temperature (Tempo.) and CO2 (CO2) patterns in and at the mounds at different heighs (0,5 m, 2.0 m, and top) and different location (Air: air temperature, Channel: temperature inside the peripheral air channels. Nest: nest temperature). Bars at the right and left of the mound represent different cardinal directions. Bars indicate relative proportions. Arrows inside the mounds show ventilation currents: registered currents (solid lines); supposed currents (dashed lines). Mound walls are hatched. En: KORB, Judith; LINSENMAIR, Karl Eduard.Ventilation of termite mounds: new results require a new model. Behavioral Ecology, Vol. 11, n. 5.

Figura 7, p. 493.

02_1 10. Corte esquemático por el edificio Eastgate Center con funcionamiento térmico de día y de noche.

En el libro; Big & Green. Princeton Architectural Press, Ney York 2002, p. 62.

02_1 11. Yaning. Esquina del Edificio Eastgate Centre.

En http://www.panoramio.com/photo/14483499 02_1 12. Davies, Richard. Fotografía del techo del Eastgate Centre. En el libro; Big & Green. Princeton Architectural Press, Ney York 2002, p. 62.

Imágenes de un microscopio electrónico de barrido del corte por las escamas iridiscentes de las diferentes especies de Mariposas Morpho. a) Una escama de suelo de Morpho didius, b) una escama de Morpho rhetenor, c) una escama de cubierta de Morpho adonis, y d) una escama de Morpho sulkowskyi. En el 02_2 04.

artículo: KINOSHITA, Shuichi;YOSHIOKA, Shinya; FUJII,Yasuhiro; OKAMOTO, Naoko. Photophysics of Structural Color in the Morpho Butterflies. Forma, 17, 103–121, 2002.

02_2 05. Porcentajes de transmisión, absorción y reflexión de las alas de a) Morpho didius, b) Morpho rhetenor, c) Morpho adonis y d) Morpho sulkowski. En el artículo: KINOSHITA, Shuichi;YOSHIOKA, Shinya; FUJII,Yasuhiro; OKAMOTO, Naoko. Photophysics of Structural Color in the Morpho Butterflies. Forma, 17, 103–121, 2002.

02_2 06. Fotografías de las mariposas del estudio de KINOSHITA et al.. Arriba a la izquierda una Morpho didius, arriba a la derecha Morpho rethenor, abajo a la izquierda una Morpho adonis, y finalmente una Morpho sulkowski. Foto: Jinsuk Kim. En http://mph.fbs.osaka-u. ac.jp/~ssc/morpho.html 02_2 07. Isométrica explotada que grafica el fenómeno de multiplicación de la luz solar sobre el ala de una mariposa Morpho. (1) las escamas superiores de “vidrio”, (2) las escamas inferiores de “suelo”, (3) la dirección de la luz incidente, (4) la reflexión de la luz, y (5) las múltiples superficies que componen la escama de “suelo”. Concepto: Alejandro Soffia. Dibujo: Leonardo Suárez.

02_2 08. Ilustración que grafica las tres escalas que componen el fenómeno adaptativo de las mariposas Morpho. En el hexágono superior se puede apreciar la composición por escamas de la superficies del ala

de una mariposa cualquiera. En el hexágono inferior izquierdo, un aumento para observar la superposición de escamas de “suelo” bajo escamas de “vidrio” en el género Morpho. En el último hexágono, un aproximación aún mayor para observar una isométrica cortada del espesor de una escama de “suelo”. Allí se puede observar una microestructura que replica la superposición de superficies para multiplicar la luz incidente. Concepto: Alejandro Soffia. Dibujo: Leonardo Suárez.

02_2 09. Funcionalidad de generación de colores del dispositivo imod del Tablet PC marca Qualcomm.

En http://www.qualcomm.com/products_services/ consumer_electronics/displays/mirasol/index.html 02_2 10. Tablet PC marca Qualcomm. En http:// www.qualcomm.com/products_services/consumer_ electronics/displays/mirasol/index.html

2.3 El escarabajo atrapanieblas Stenocara dentata. Familia Tenebrionidae. Foto: Hans Hillewaert. En: http://es.wikipedia.org/wiki/ Archivo:Stenocara_dentata.jpg 02_3 02. Isométrica cortada a través del eje longitudinal de un escarabajo de la familia Tenebrionidae, que muestra la diferencia de temperatura entre el exterior y el exoesqueleto del insecto. (1) Exoesqueleto, (2) Superficie granulosa propia del Stenocara dentata presente en su abdomen, (3) Dirección de la brisa marina, (4) Proyección de la posición de las patas que permiten la inclinación del abdomen que recibe el agua.

Concepto: Alejandro Soffia. Dibujo: Leonardo Suárez.

02_3 03. Representación diagramática de la sección a través de la epicutícula. a) Cemento, b) cera, c) cera orientada, d) epicutícula externa, e) epicutícula interna, 02_3 01.

f) filamentos epicuticulares, g) procutícula, h) canal poroso. CHAPMAN, R.F. The insects, structure and function. Harvard University Press, Boston 1982 (1969).

Figura 322.

02_3 04. Corte esquemático que muestra el proceso de captura del agua. (1) Gotas de agua provenientes de la brisa, (2) Dirección del viento, (3) Fusión de gotas de agua, (4) concavidad hidrofóbica del élitro del escarabajo Stenocara dentata, (5) convexidad hidrofílica, (6) Éxoesqueleto del escarabajo. Concepto: Alejandro Soffia. Dibujo: Leonardo Suárez.

02_3 05. Ilustración que grafica las tres escalas que componen el fenómeno adaptativo del escarabajo Stenocara dentata. En el hexágono superior se puede apreciar la disposición contra la brisa marina que adopta el volumen ovalado del insecto. En el hexágono inferior izquierdo, un aumento para observar la textura granulosa de sus élitros, que multiplica la superficie de roce, y “atrapa” las gotas de agua con sus cimas hidrofílicas. En el último hexágono, un aproximación aún mayor para observar la textura de las superficie de las concavidades presentes en los élitros. En esta escala las cimas son hidrofóbicas por lo tanto favorecen la circulación del agua capturada. Concepto: Alejandro Soffia. Dibujo: Leonardo Suárez.

02_3 06. Fotografía de la superficie de prueba de adherencia de pintura desarrollada por el National Institute of Standards and Technology (nist) que muestra la aplicación de la cualidad matérica del escarabajo atrapanieblas a partir de la interacción entre puntos superhidrofóbicos y superhidrofílicos.

En: http://www.nist.gov/public_affairs/techbeat/ tb2007_0510.html 02_3 07. Esquema en Corte de funcionamiento de la tecnología desarrollada por Seawater Greenhouses

(r) que transfiere los principios de condensación observados en los escarabajos atrapanieblas. En: http:// www.seawatergreenhouse.com/process.html 02_3 08. Fotografía de la Fachada de el primer prototipo de aplicación de las tecnologías de Seawater Greenhouses (r). En: http://www.seawatergreenhouse. com/tenerife.html 02_3 09. Fotografía del interior del primer prototipo de aplicación de las tecnologías de Seawater Greenhouses (r). En: http://www.seawatergreenhouse.com/tenerife. html 02_3 10. Corte transversal del Gran Teatro de las Isla Canarias, proyecto que reinterpreta el principio de condensación del escarabajo atrapanieblas. Arquitectos: Nicholas Grimshaw, Michael Pawlyn. En: http://www. seawatergreenhouse.com/grancanaria.html

CAPÍTULO 3

HACIA UN DISEÑO ENTOMIMÉTICO False leaf katydid. Familia de Grillos (Orthoptera,Tettigonidae) cuyo exoesqueleto se encuentra ampliamente deformado por funciones de camuflaje.

Fotografía: Artour_a. En: http://www.flickr.com/ photos/artour_a/4832949020/ 03_2 01. “Jewel caterpilar of a dalcerid moth”.

Fotografía de “Artour_a”. En http://www.flickr.com/ photos/artour_a/5211327406/in/faves-20ojos/ 03_1 01.

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ALEJANDRO SOFFIA

ENTOMIMÉTICA

© ALEJANDRO SOFFIA VEGA Tesis fue presentada y aprobada en abril 2011.

Se terminó de imprimir en octubre 2016.

Dirección editorial: Cristina Núñez.

Tipografías: Interstate Mono y Bembo STD.

ALEJANDRO SOFFIA

ENTOMIMÃ&#x2030;TICA

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ALEJANDRO SOFFIA Arquitecto Pontificia Universidad Católica de Chile 2004 Magíster en Arquitectura Pontificia Universidad Católica de Chile 2011 Cofundador de la desaparecida Cooperativa URO1.ORG Entomólogo autodidacta, desarrolla estudios en biomímesis gracias a una beca CONICYT

La “biomimética” opera en base a cualquier expresión de la naturaleza, no sólo sean organismos vivos, sino también en fenómenos abióticos. Es decir, toma como fuente de transferencia al conjunto de elementos que conforman nuestra biosfera, lo que permite tener una gran cantidad de casos de estudio, tantos como especies, tantos como fenómenos. Sin embargo, centraré la mirada particularmente en la taxa de los insectos, que han demostrado ser el grupo más exitoso en términos evolutivos, y que en el desarrollo reciente de la biomimética, no sólo integran el mayor número de transferencias realizadas al día (Bushan, 2009), sino que además integran la fuente más extensa de referencias biológicas a partir de las aproximadamente 1.000.000 de especies descritas para nuestro planeta. De esta manera, según el sistema de clasificación taxonómica, llamaremos “Entomimética” a toda transferencia tecnológica que se base en la observación de la morfología o el comportamiento de los insectos.