Las colmenas como modelo de construcción para la fabricación aditiva

¿Qué nos pueden enseñar las abejas sobre la fabricación aditiva? Parece que mucho más de lo podríamos imaginar. Un estudio actual de la Universidad de Purdue demuestra cómo una especie de abejas sin aguijón de Australia, a través de su particular forma de construir sus colmenas, podrían ser la clave para nuevas formas de diseñar materiales y crear estructuras para la fabricación aditiva.

A diferencia de los panales hexagonales y planos típicos que construyen las abejas comunes, las abejas sin aguijón australianas construyen sus panales en forma de espiral ascendente, con discos como cimientos. Un forma parecida a la estructura de un estacionamiento de varios pisos, como lo describe el profesor Nikhilesh Chawla, líder del estudio. Este diseño les facilita el acceso a ciertas partes de la colmena para hacer reparaciones y les proporciona una base que mantiene la temperatura. Los investigadores creen que replicar estos conceptos en fabricación aditiva podría dar lugar a estructuras más livianas, adaptativas y sostenibles. Aunque aún no han replicado la estructura de una colmena mediante la impresión 3D, la observación es contundente.

Las colmenas se analizan con un microscopio 3D de rayos X para no dañarlas.

Para analizar las colmenas sin dañarlas, el equipo de Purdue utiliza microscopía 3D de rayos X combinada con lapsos temporales, una técnica conocida como imagenología 4D. Esto les permite observar cómo evoluciona la microestructura de la colmena a lo largo del tiempo. En investigaciones previas realizadas en 2022, Chawla y su equipo utilizaron esta tecnología para estudiar panales de abejas comunes en EE. UU., descubriendo una “columna vertebral” corrugada desde la cual se desarrollan las celdas hexagonales. Las observaciones de entonces mostraron que las estructuras podían servir de inspiración para nuevas estrategias de diseño en estructuras impresas en 3D, especialmente en aplicaciones donde el ahorro de material es clave.

Ahora, examinando colmenas traidas de Australia, el doctor Chawla se ha dado cuenta de lo sorprendente que son los discos de la especie australiana. Los panales están conectados por pilares verticales distribuidos estratégicamente. Además, descubrieron que las columnas no son sólidas del todo lo que permite a las abejas desplazarse por ellas e incluso realizar reparaciones desde el interior.

Aprovechamiento del material

Las abejas sin aguijón no se limitan al uso de la cera. Nicole Balog, estudiante de posgrado en ingeniería de materiales en Purdue, declaró que estos insectos recolectan resina de árbol y la mezclan con su cera para construir las colmenas. Esto plantea preguntas para la ciencia de materiales, como ¿cuánto resina incorporan? ¿Varía según la temporada o el entorno? ¿Cómo afectan estas proporciones a las propiedades mecánicas del panal? Por otra parte, la forma en que las abejas construyen, mantienen y reconfiguran su hogar ofrece valiosas lecciones. Por ejemplo, una vez que una cría nace, la celda que la contenía se desmantela y se reutiliza, dando señal de una reutilización del material.

El ingeniero de materiales Nikhilesh Chawla y la estudiante de posgrado Nicole Balog preparando la colmena para su estudio

El trabajo de Chawla, en colaboración con colegas de Purdue y de la Universidad de Sídney, es una convergencia entre biología e ingeniería. La idea no es simplemente copiar las formas naturales, sino entender los principios detrás de su eficiencia. Los investigadores creen que el campo de la ingeniería puede aprender de las abejas australianas sin aguijón sobre cómo construir mejor. La clave está en observar con atención y traducir su sabiduría natural en nuevas soluciones tecnológicas. Puedes encontrar más información sobre el estudio aquí.

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*Créditos de todas las fotos: Purdue University photo/John Underwood