Importancia y aplicabilidad de la Biología en la ingeniería mecánica

Importancia y aplicabilidad de la Biología en la ingeniería mecánica

28 Abril 2017

El camino hacia la verdad, es el camino de las ciencias. En materia del estudio existen diferentes ramas de la ciencia como las matemáticas, la física y la biología, las cuales están estrechamente relacionadas con varios ejes de conversión y necesidad mutua al punto de una codependencia, (Claire, 2012, p. 1). La palabra biología proviene de los términos en griego bio que significa vida y logia que significa vida, (RAE, biología, 2017), en definición, es una ciencia interdisciplinaria que estudia la vida de manera científica, (Campbell & Reece, 2007, p. 2). Por otro lado, la ingeniería como indica su definición, “es el conjunto de conocimientos orientados a la invención y utilización de técnicas para el aprovechamiento de los recursos naturales o para la actividad industrial” (RAE, 2017). La ingeniería mecánica también se estudia el desempeño de materiales, la eficiencia de máquinas y sobre todo se estudia al movimiento. Gracias al trabajo conjunto de la biología y la ingeniería mecánica se obtienen productos magníficos como: conceptos en la ciencia, creación de estructuras, creación de máquinas, y aplicaciones médicas.

Los conceptos obtenidos a través de la abstracción de la naturaleza son los fundamentos más importantes para las ciencias, (Galilei, 1994). Los procesos que se llevan a cabo de manera microscópica y macroscópica en todos los organismos y ecosistemas, sirven para evidenciar el riguroso proceso de la selección natural y evolución que se lleva efectuando durante millones de años, produciendo las mejores máquinas, estructuras, diseños y sistemas, (Campbell & Reece, 2007, p. 449).  Uno de los productos magníficos en la aplicación de la biología y la ingeniería mecánica, son los diseños elaborados y perfeccionados a través del tiempo por parte de la naturaleza, que han permitido el lugar a un amplio campo de estudio, como la creación de diferentes tipos de estructuras. La naturaleza tiene infinitas estructuras, que abstraídas a modelos matemáticos (Fibonacci) dan resultados casi perfectos, (Gardiner, 2012, p. 1). En ingeniería se utilizan modelos para realizar materiales y estructuras según la necesidad que se requiera satisfacer, algunos ejemplos de aplicaciones son: Los paneles de las abejas han mostrado tener una estructura idónea para el armazón de cuerpos livianos que soportan grandes cargas de peso, (Barthelat, 2016, p. 2); la disposición de los exoesqueletos de diferentes insectos y coleópteros son base para crear estructuras resistentes y livianas, (Ginsberg, Schiano, Kramer, & Alleyne, 2013, p. 23); y las micro estructuras de solidos que se pueden biodegradar a un ritmo más acelerado, (Ozbolat, y otros, 2013). Los ejemplos de aplicaciones en el campo de las estructuras y diseño son muchas.

No obstante, al momento de crear máquinas eficientes la naturaleza otorga ejemplos verdaderamente impresionantes. Las plantas realizan procesos complejos como el bombeo de agua, (Arellano, s.f.), síntesis de proteínas, absorción y conversión de energía, (Fumihiko, 2014, p. 5), procesos que han sido parcialmente replicados por la ingeniería, uno de los ejemplos más claros es la replicación análoga de la fotosíntesis en su primera fase, en la cual se absorbe energía lumínica y la convierte en energía química, (Azcón & Talón, 2013, p. 167), proceso que realizan las células fotovoltaicas que en definición son “dispositivos capaces de convertir, de forma inmediata y directa, la radiación luminosa en electricidad”, (Domínguez, 2008, p. 72), transformando directamente la energía del sol en energía eléctrica, mediante una propiedad que presentan determinados materiales, llamada efecto fotoeléctrico: si se incide luz sobre estos materiales, se emiten electrones, los cuales son capturados y a través de esto se puede producir una corriente eléctrica, (Takeuchi, 2014, p. 41). Los materiales empleados tienen la principal característica de tener una energía de ligadura de los electrones de valencia al núcleo, muy similar a la energía que poseen los fotones que constituyen la luz solar, (Delgado, 2009, p. 119).Por otro lado, las aplicaciones en el campo de la medicina son múltiples, por ejemplo, existen implantes para mejorar alguna de sus funciones o cambiarlas con fines estéticos, (RAE, 2017). La necesidad continua de prótesis para humanos y de diferentes animales, ha hecho trabajar de manera conjunta a la anatomía y diferentes ingenierías. Entre los ejemplos más reconocidos se pude mencionar a los implantes de órganos, como corazones, orejas y neuro implantes producidos en impresoras mecánicas, (Seung, 2015, p. 3).

Mostrados estos ejemplos, se concluye de manera muy clara, que el trabajo conjunto de la biología y la ingeniería mecánica produce aplicaciones y resultados excelentes, por lo que es importante destacar los potenciales y reales beneficios de emplear el conocimiento de todas las ramas de la ciencia en aplicación con varias ingenierías. Resultados que pueden derrumbar la utopía de conseguir un equilibrio entre los ecosistemas mundiales y la especie humana.

Referencias

Arellano, B. (s.f.). Fotosíntesis. Recuperado el 22 de abirl de 2017 de https://vimeo.com: https://vimeo.com/45449804

Azcón, J., & Talón, M. (2013). Fundamentos de fisiología vegetal (2a. ed.). Madrid: McGraw-Hill España.

Barthelat, F. (20 de Enero de 2016). Materiales architectured en la ingeniería y la biología: fabricación, estructura , mecánica y el rendimiento. Recuperado el 22 de abirl de 2017 de de http://www.tandfonline.com/doi/full/10.1179/1743280415Y.0000000008

Campbell, N. A., & Reece, J. B. (2007). Biología (7ma Edición). Buenos Aires: Médica Panamericana .

Claire, S. (13 de Julio de 2012). Engineering biology? Exploring rhetoric, practice, constraints and collaborations within a synthetic biology research centre. Recuperado el 22 de abirl de 2017 de http://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/19378629.2013.763811

Delgado, R. (2009). Sin energía: cambio de paradigma, retos y resistencias. México D.F.: Plaza y Valdés S.A. .

Domínguez, J. (2008). Energías alternativas (3a. ed.). Madrid: Equipo Sirius.

Fumihiko, S. (22 de Mayo de 2014). Characterization of Plant Functions Using Cultured Plant Cells, and Biotechnological Applications. Recuperado el 22 de abirl de 2017 de http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1271/bbb.120759?needAccess=true#aHR0cDovL3d3dy50YW5kZm9ubGluZS5jb20vZG9pL3BkZi8xMC4xMjcxL2JiYi4xMjA3NTk/bmVlZEFjY2Vzcz10cnVlQEBAMA==

Galilei, G. (1994). Diálogo sobre los dos máximos sistemas del mundo ptolemaico y copernicano. Madrid: Alianza Editorial.

Gardiner, J. (16 de Octubre de 2012). Fibonacci, quasicrystals and the beauty of flowers. Recuperado el 22 de abirl de 2017 de http://www.tandfonline.com/doi/full/10.4161/psb.22417

Ginsberg, M., Schiano, J., Kramer, M., & Alleyne, M. (6 de Enero de 2013). A case study in bio-inspired engineering design: defense applications of exoskeletal sensors. Recuperado el 22 de abirl de 2017 de http://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/14751798.2013.787798

Ozbolat, I., Marchany, M., Gardella, J., Bright, F., Cartwright, A., Hard, R., . . . Koc, B. (9 de Agosto de 2013). Feature-based Design of Bio-degradable Micro-patterned Structures. Recuperado el 22 de abirl de 2017 de http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.3722/cadaps.2009.661-671

Biología. (25 de 04 de 2017).Diccionario de la Real Academia Española. Recuperado el 22 de abirl de 2017 de http://dle.rae.es/?id=5Ykv4ay

Implante. (25 de 04 de 2017).Diccionario de la Real Academia Española. Recuperado el 22 de abirl de 2017 de http://dle.rae.es/?id=L4SJ0By

Ingeniería. (25 de 04 de 2017).Diccionario de la Real Academia Española. Recuperado el 22 de abirl de 2017 de http://dle.rae.es/?id=La5bCfD

Seung, S. (24 de febrero de 2015). 3D-printed biological organs: medical potential and patenting opportunity. Recuperado el 22 de abirl de 2017 de http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1517/13543776.2015.1019466?needAccess=true#aHR0cDovL3d3dy50YW5kZm9ubGluZS5jb20vZG9pL3BkZi8xMC4xNTE3LzEzNTQzNzc2LjIwMTUuMTAxOTQ2Nj9uZWVkQWNjZXNzPXRydWVAQEAw

Takeuchi, N. (2014). Energía y medioambiente: manual básico de innovaciones tecnólgicas para su mejor aprovechamiento. México D.F.: Editorial Miguel Ángel Porrúa.