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La biomímesis en proyectos de impresión 3D

Publicado el junio 20, 2024 por Carol S.

La RAE define el biomimetismo como la «Imitación de los diseños y procesos de la naturaleza en la resolución de problemas técnicos». Y aunque pueda parecer contraproducente trasladar los avances tecnológicos al mundo natural, en realidad esta práctica está impulsada por el hecho de que cada vez más ingenieros y científicos descubren que, en muchos casos, la forma en que la naturaleza hace las cosas, especialmente en términos de diseño, es la mejor. Además, con el auge de las tecnologías de impresión 3D, estos complejos diseños imposibles de hacer con tecnologías sustractivas, de repente se han hecho posibles. Por ello, hemos decidido hacer una lista, no completa, para echar un vistazo más de cerca a algunos de los proyectos más interesantes que combinan la impresión 3D con la biomímesis, sin ningún orden en particular. Esto para comprender mejor cómo la fabricación aditiva nos está ayudando a reproducir estos patrones optimizados.

Las zapatillas Earth Moc

Las zapatillas impresas en 3D han dejado de ser una novedad, e incluso grandes marcas como adidas, New Balance y Nike han recurrido a la fabricación aditiva para crear calzado increíble. Pero eso no significa que se haya acabado la innovación. Además de utilizar la impresión 3D, hay quienes también están recurriendo a la biomímesis para crear soluciones más optimizadas, como es el caso de Earth Moc. Diseñado por Daniel Shirley como parte del concurso de diseño de calzado con impresión 3D de Sintratec en 2022, el zapato hace alusión a las raíces y enredaderas para maximizar la comodidad y la flexibilidad. El diseñador espera que el zapato ligero y de recuperación fabricado con TPE pueda utilizarse para el descanso después de una excursión o incluso para hacer ejercicio ligero.

El pabellón AguaHoja

Ubicado en San Francisco, el pabellón AguaHoja cuenta con 5 metros de altura y una compleja estructura “Tótem”. Surgió de la colaboración de Neri Oxman, The Mediated Matter Group y Stratasys, quieren consiguieron crear esta imponente estructura. El diseño, inspirado en la naturaleza, engloba una colección de artefactos fabricados casi en su totalidad con materia orgánica y moldeados por el agua. Todo ello, sostenido por un armazón fabricado aditivamente con la impresora 3D F900 de Stratasys, que mantiene unido cada componente individual. Además, el proyecto incluye una propuesta arquitectónica de una estructura de vidrio con melanina que responde a los requisitos medioambientales. “Necesitábamos contener de forma segura la estructura melanogénica sin comprometer la capacidad de promover cada nivel de detalle visual”, explicó Neri Oxman.

Combinando moda, tecnología y naturaleza

El diseñador estadounidense Zac Posen dio mucho que hablar en la Met Gala de 2016 por sus diseños impresos en 3D. En concreto, llevó a cabo una colaboración con GE Additive y Protolabs con el objetivo de crear mediante fabricación aditiva un vestido, un corpiño y varios accesorios que pudieran vestir algunas de las estrellas de la gala. En el caso del vestido que llevó Jourdan Dunn, Posen se inspiró en la forma de una rosa. Así, diseñó una estructura compuesta por 21 pétalos impresos en 3D mediante resina, que miden aproximadamente 50 cm y pesan alrededor de medio kilo cada uno. Por su parte, la actriz Nina Dobrev vistió un corpiño translúcido impreso en 3D mediante una solución SLA. En este caso, el diseñador quiso dar un efecto vidrioso que recordaba al agua líquida en movimiento. En total, se tardaron más de 200 horas en fabricar las piezas en las instalaciones de Protolabs en Alemania.

La Torre de la Vida

La Torre de la Vida, diseñada y propuesta por Built by Associative Data, es un proyecto arquitectónico en Dakar (Senegal) concebido para incorporar la eficiencia ecológica al diseño tradicional africano. Esta estructura aprovecha la avanzada tecnología de impresión en 3D, empleando una membrana de arcilla biodegradable de origen local para reducir el impacto ambiental y los costes de construcción al limitar la necesidad de materiales transportados. Inspirada en la biomímesis, la Torre de la Vida funciona como un sistema energético que gestiona eficazmente los recursos, el agua y el aire, a la vez que mantiene un microclima con emisiones mínimas. Su diseño también integra otras prácticas sostenibles. Cuenta con una estructura que imita las formas naturales y funciona como un sistema de circuito cerrado, respetando las condiciones ecológicas locales y contribuyendo al desarrollo sostenible de la ciudad. La empresa prevé que la estructura se convierta en un icono arquitectónico en África, demostrando cómo el diseño innovador y la tecnología pueden cruzarse con el patrimonio cultural para crear un futuro autosuficiente y ecológicamente responsable.

Tubos helicoidales inspirados en los intestinos de tiburón

Inspirándose en el diseño en espiral de los intestinos de los tiburones, investigadores de la Universidad de Washington han creado modelos biomiméticos simplificados utilizando tecnología de impresión 3D. Para hacerlo tomaron la característica de los intestinos para ralentizar el movimiento de los alimentos dirigirlos hacia abajo utilizando la gravedad y el peristaltismo. Mediante el desarrollo de estructuras blandas y flexibles que imitan los intestinos, el proyecto pretende entender cómo su diseño único facilita el flujo unidireccional de fluidos, lo que podría conducir a velocidades de flujo más rápidas en sistemas avanzados de control de fluidos. Este enfoque biomimético se centra en cómo el radio y el grosor de los tubos helicoidales impresos en 3D influyen en la dinámica de los fluidos, proporcionando información sobre la interacción entre las membranas y el flujo. La investigación continúa pero el equipo informa que este proyecto podría tener importantes aplicaciones en robótica blanda, dispositivos médicos y microfluídicos y tuberías industriales.

Cascos con estructuras de panal

La impresión 3D permite crear estructuras reticulares directamente inspiradas en la naturaleza, estas tienen la forma de los panales de abejas. Su diseño es muy inteligente, lo que permite colocar el material solo donde es necesario y optimizar así el peso final de la pieza. Esto es especialmente interesante en el ámbito del deporte, y más concretamente en lo que se refiere a los equipos de protección. Gracias a la impresión 3D y a la biomímesis, algunos deportistas han conseguido cascos de bicicleta más ligeros, resistentes, cómodos y, sobre todo, personalizados. Es el caso de KAV Sports y HEXR, que ha utilizado la fabricación aditiva para diseñar un casco que protege mejor de los impactos: se dice que es un 26% más seguro que los cascos tradicionales. Otro ejemplo lo encontramos en el fútbol americano, en el que Vicis Enhanced ha equipado sus cascos con almohadillas inspiradas en panales de abeja impresas en 3D. Se dice que el uso de la impresión 3D reduce la fuerza del impacto hasta en un 7% cuando la cabeza entra en contacto con el suelo.

El casco con estructura reticular de HEXR. (Créditos de la foto: HEXR).

Volvo y sus diques vivos impresos en 3D

Para el siguiente ejemplo de biomímesis nos trasladamos hasta Australia. El litoral del puerto de Sídney está blindado en un 50% con diques de contención para proteger de las olas y mareas. Sin embargo, esta estructura impide el hábitat de especies marinas forzándolas buscar otros lugares. Con el objetivo de restablecer el equilibrio del ecosistema en la costa, el fabricante de autos sueco, Volvo, lanzó un proyecto de conservación en colaboración con Reef Design Lab, El Instituto de Ciencias Marinas de Sídney (SIMS) y el Ayuntamiento de North Sidney. Juntos, diseñaron e imprimieron en 3D baldosas que imitan la forma de las raíces de los árboles de mangle de la zona. Como material utilizaron el hormigón y las baldosas se instalaron sobre los diques existentes. Las cavidades de la estructura impresa sirvieron de hogar para especies como las ostras, peces o algas, devolviendo así la vida marina en las costas.

Las zapatillas 3D dispersoras de semillas

El proyecto “Rewild the Run” es una iniciativa del diseñador británico Kiki Grammatopoulos. Se trata de unas zapatillas deportivas que ayudan a transportar y esparcir semillas al correr. ¿Cómo lo hacen? El creador aprovechó la libertad de diseño que ofrece la impresión 3D para confeccionar una suela con ganchos pequeños. A medida que la persona va corriendo, toma materia vegetal que luego dispersa por donde pasa. La idea para estas zapatillas se tomó de otra especie que cumple con esta función en la naturaleza de forma discreta: el bisonte. Con sus robustas pezuñas y pelaje, los bisontes también esparcen semillas y crean caminos por los que otros animales se desplazan. El objetivo de estas zapatillas es conseguir un medio ambiente más verde. Con el aumento de espacios urbanos los hábitats naturales de muchas especies se han destruido o reducido. Por esta razón, las zapatillas se posicionan como una buena idea para restablecer el equilibrio de los ecosistemas.

Créditos de la foto: Ecolosport.

Pinarello imita a las ballenas jorobadas para mejorar la aerodinámica de las bicicletas de pista

El fabricante italiano de bicicletas Pinarello es una de las referencias del ciclismo. El récord mundial de la hora en pista se estableció con una bicicleta Pinarello y el equipo italiano de ciclismo en pista competirá con estos equipos Pinarello en los próximos Juegos Olímpicos para defender su título de ‘persecución por equipos’. Pinarello se esfuerza constantemente por hacer que sus bicicletas sean aún más rápidas y eficientes. Para conseguirlo, el fabricante utiliza la última tecnología y se inspira en los animales. Han fabricado cuadros mediante un proceso de impresión en 3D y las secciones AirFoil integradas así como la tecnología AirStream contribuyen a mejorar la aerodinámica de la bicicleta. La tecnología AirStream fue desarrollada por la Universidad de Adelaida y NablaFlow, inspirándose en las ballenas jorobadas. En las aletas de las ballenas hay tubérculos. Estas pequeñas protuberancias permiten a las ballenas girar con facilidad. En las bicicletas Pinarello, estas protuberancias se imitan en forma de AeroNodes en el tubo y la tija del sillín. Reducen la resistencia al aire y mejoran la aerodinámica.

Créditos de la foto: Pinarello.

Los mejillones como modelo de pegamento óseo

Para disgusto de los marineros, los mejillones suelen pegarse a los barcos. Esto se debe a una proteína con propiedades adhesivas presente en la especie, exactamente el aminoácido dihidroxifenilalanina (DOPA). Los investigadores del Instituto Fraunhofer de Ingeniería Interfacial y Biotecnología IGB han imitado esta sustancia con sus propiedades adhesivas para crear un adhesivo antimicrobiano con aplicaciones médicas. En concreto, el adhesivo puede aplicarse a los huesos mediante impresión 3D. Los huesos se adhieren a él y se pueden reparar daños articulares. Además, el adhesivo puede imprimirse en implantes ya existentes y prolongar su vida útil para que no sea necesaria una intervención quirúrgica para sustituirlos.

Créditos de la foto: Pixabay.

El Biomic Wall

El proyecto «Biomic Wall» pretende llamar la atención sobre la situación medioambiental actual y la importancia de la relación entre ecología y arquitectura. Se trata de un muro hidropónico realizado en cerámica mediante un proceso de impresión en 3D. El prototipo se creó como parte de un curso de máster de la Universidad de Innsbruck en colaboración con Studio cera.LAB y exparch.hochbau. El muro consiste en una compleja estructura de cerámica que se fija a un marco metálico. Para producir este molde se utilizó el proceso de extrusión 3D con una boquilla de 4 mm, ya que los métodos de producción convencionales no habrían sido suficientes. Los ladrillos se imprimieron con una resolución de 2 mm. El objetivo del muro es combinar tecnología moderna, arquitectura y conciencia medioambiental. La superficie porosa está pensada para favorecer el crecimiento de las plantas y mejorar así el clima de las zonas urbanas. El muro también reacciona al entorno, contribuye a reverdecer los espacios urbanos densos y absorbe el ruido.

Créditos de la foto: cera.LAB.

La lámpara colgante de Paolo Castelli

En abril, la empresa de muebles Paolo Castelli presentó una lámpara colgante impresa en 3D inspirada en la estructura orgánica de una colmena y su patrón entretejido. Esta estructura está pensada para proporcionar una iluminación relajante. La serie de lámparas se produjo mediante impresión cerámica 3D, ¡en el aire!, y en colaboración con WASP, una empresa italiana de impresión 3D especializada en gran formato y tecnología de extrusión cerámica. Como Castelli se centró en la sostenibilidad en la producción de la lámpara, se utilizaron materiales cerámicos naturales y se aplicó un proceso que minimiza el desperdicio de material: la impresión 3D. Durante el desarrollo, primero se utilizó el diseño CAD para crear un modelo 3D basado en el diseño de Castelli. A continuación se utilizó la tecnología de modelado por deposición líquida (LDM). La lámpara se imprimió en el aire para conseguir su forma inclinada. Paolo Castelli explica: «A medida que el material se imprime y se seca, cae espontáneamente sobre sí mismo, creando un patrón de rendijas por las que pueden salir suaves rayos de luz. El sofisticado diseño se funde entonces con las propiedades intrínsecas del material para crear un sistema de iluminación de larga duración que invita a vivir momentos de relajación al aire libre.»

Créditos de la foto: WASP.

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