Aquí hay algunos dispositivos mecánicos que la naturaleza 'inventó' primero

stockstudioX/iStock

La naturaleza ha demostrado ser una gran ingeniera, con millones de años de evolución perfeccionando diseños y mecanismos intrincados que a veces eclipsan incluso a nuestros inventos humanos más avanzados. La eficiencia y adaptabilidad de los sistemas biológicos son evidentes en muchos ejemplos, desde la estructura compleja de una telaraña hasta la aerodinámica del vuelo de las aves.

Estas maravillas naturales ofrecen un tesoro de inspiración para ingenieros y científicos que buscan imitar o adaptar las extraordinarias propiedades y características que se encuentran en el mundo natural. De hecho, el estudio de la biomimética ha impulsado innumerables innovaciones, lo que demuestra que la naturaleza sigue siendo una fuente inigualable de ingeniería brillante.

Manténgase por delante de sus pares en tecnología e ingeniería - The Blueprint

Veamos algunos de los ejemplos más interesantes.

Iryna Drozd/iStock

Las palancas se remontan a la Edad de Piedra, alrededor del año 5000 a. C., cuando los humanos antiguos usaban herramientas simples de madera para levantar y mover objetos pesados. Los primeros relatos de palancas se encuentran en la antigua Mesopotamia y Egipto, donde se usaban para levantar recipientes de agua y construir estructuras masivas como pirámides. El matemático griego Arquímedes describió formalmente el principio de la palanca alrededor del 260 a. C., destacando su capacidad para amplificar la fuerza. Desde entonces, las palancas han sido esenciales en varias tecnologías humanas y aplicaciones de ingeniería, desde herramientas y máquinas hasta artículos cotidianos.

Pero la naturaleza llegó a todo eso mucho antes que nosotros. Un ejemplo actual, aunque hay muchos, son los picos de algunas aves, como los pinzones y los tucanes, que funcionan como palancas para ayudarse a agarrar y manipular la comida. Las extremidades y las mandíbulas de los animales, incluidos los humanos, también funcionan como palancas para el movimiento y la aplicación de fuerza.

Andyworks/iStock

La historia de las poleas se remonta a las civilizaciones antiguas, alrededor del año 1500 a. C., con ejemplos tempranos encontrados en Mesopotamia y Egipto. El matemático griego Arquímedes desarrolló aún más el sistema de poleas en el siglo III a. C., creando poleas compuestas que multiplicaban la fuerza y ​​permitían levantar cargas más pesadas. Con el tiempo, las poleas se han convertido en parte integral de varias máquinas y tecnologías, desde grúas de construcción hasta ascensores, revolucionando industrias y simplificando tareas complejas de transporte, agricultura y fabricación.

Pero, una vez más, la naturaleza nos ganó por mucho. Algunas arañas levantan presas usando un sistema similar a una polea hecho de seda para atrapar presas de gran tamaño como lagartos o incluso pequeños mamíferos. Pero no se desespere; los humanos también usaban poleas antes de darse cuenta de lo que eran. El cuerpo humano también utiliza un sistema de tendones y músculos que funcionan como poleas para permitir el movimiento. Por ejemplo, la rodilla actúa como una simple polea para extender la pierna.

FrankRamspott/iStock

La historia de los engranajes se remonta a civilizaciones antiguas, con ejemplos tempranos que datan de alrededor del 300 a. C. en China y el mundo helenístico. Los engranajes se utilizaron inicialmente en dispositivos mecánicos simples, como máquinas elevadoras de agua y relojes. El Mecanismo de Antikythera, un antiguo dispositivo astronómico griego del siglo II a. C., es un ejemplo temprano de sistemas de engranajes complejos. Los engranajes ganaron protagonismo durante la Revolución Industrial, volviéndose esenciales en la maquinaria, el transporte y la fabricación de componentes. Hoy en día, los engranajes juegan un papel vital en varias industrias y tecnologías, desde automóviles y robótica hasta sistemas de energía renovable.

El Issus coleoptratus, un tipo de insecto saltamontes, tiene un par de engranajes entrelazados en sus patas traseras que sincronizan sus movimientos al saltar, lo que le permite saltar a velocidades increíbles. Una estrategia ingeniosa si alguna vez vimos una.

Paola Giannoni/iStock

La historia de los resortes se remonta a las civilizaciones antiguas, donde se usaban en dispositivos mecánicos simples como cerraduras de puertas y catapultas. Los griegos y los romanos empleaban resortes hechos de bronce o hierro para diversos fines. En el siglo XV, se desarrollaron relojes accionados por resorte, que revolucionaron el cronometraje. Con el advenimiento de la Revolución Industrial, los resortes se convirtieron en componentes integrales de la maquinaria, el transporte y la fabricación. A fines del siglo XIX, se introdujeron los resortes helicoidales de acero, lo que mejoró el rendimiento de los sistemas de suspensión de los vehículos. Hoy en día, los resortes se encuentran en numerosas aplicaciones, desde objetos cotidianos hasta tecnologías aeroespaciales y automotrices avanzadas.

ciencia

3/6/2023

ciencia

3/6/2023

ciencia

27/05/2023

ciencia

5/6/2023

Y, sin embargo, una vez más, los manantiales son mucho más antiguos que cualquier cosa que los humanos hayan concebido. Tomemos, por ejemplo, las patas de los canguros y otros animales saltadores. Los tendones de las patas de un canguro se comprimen con cada salto, soltándose como un resorte en espiral para impulsar al canguro. La anatomía de estas criaturas almacena energía elástica como resortes, lo que les permite saltar grandes distancias.

Savushkin/iStock

La historia de las tuercas y los pernos se remonta a la antigüedad, con ejemplos tempranos de sujetadores roscados encontrados alrededor del siglo V a. C. Estos primeros sujetadores estaban hechos de madera y se usaban en arquitectura y maquinaria.

Las tuercas y los pernos de metal aparecieron en el siglo I d. C. en las estructuras romanas y el uso de tornillos aumentó durante el Renacimiento. La Revolución Industrial condujo a la estandarización y producción en masa de tuercas y tornillos, convirtiéndolos en componentes esenciales en la maquinaria, la construcción y el transporte. Como soluciones de sujeción seguras y confiables, las tuercas y los pernos son críticos en varias industrias, desde la aeroespacial hasta la automotriz. Pero, lo has adivinado, la naturaleza también parece haber desarrollado formas de ellos primero.

Los investigadores han descubierto que los gorgojos, específicamente del género Trigonopterus, usan un mecanismo de tuerca y perno para unir sus patas a sus cuerpos. Esta articulación única, que anteriormente se pensaba que era de tipo bisagra, se encontró en el gorgojo de Papúa Trigonopterus oblongus, donde la sección superior de las patas del gorgojo, el trocánter, se atornilla en la coxa, similar a una cadera. Esta disposición permite a los gorgojos torcer sus patas a través de un amplio rango de movimiento y proporciona una mayor estabilidad y resistencia a la dislocación en comparación con una articulación esférica. El diseño de la pata enroscable probablemente sea beneficioso para los gorgojos que navegan entre la hojarasca y las ramitas en su hábitat natural.

Kiran Nagare/iStock

Otro "invento" que la naturaleza nos ganó son los anzuelos. Para nosotros los humanos, como muchas otras piezas básicas de ingeniería, los anzuelos se han utilizado desde tiempos prehistóricos para diversos fines, como pescar, sujetar y colgar artículos. Pueden estar hechos de materiales como madera, hueso o metal, dependiendo de su uso previsto. Con el tiempo, los ganchos se han convertido en formas especializadas para aplicaciones específicas, que van desde sujetadores de ropa hasta grúas industriales.

En la naturaleza, los anzuelos son una estructura física bastante común, con muchas plantas, como los cockleburs, que tienen estructuras similares a anzuelos que se adhieren a los animales que pasan, lo que facilita la dispersión de semillas. Curiosamente, este diseño en particular inspiró la invención del velcro.

rompedormaximus/iStock

Las juntas y bisagras facilitan el movimiento controlado entre dos o más partes, lo que a menudo permite la rotación o el pivote. Estos componentes tienen una larga historia de uso, con ejemplos tempranos encontrados en estructuras arquitectónicas, puertas y varios dispositivos.

Con el tiempo, los materiales para juntas y bisagras han evolucionado desde la madera y la piedra hasta metales como el latón, el acero y el aluminio. Se utilizan en muchas aplicaciones, incluidos artículos cotidianos, desde bisagras simples en puertas, gabinetes y anteojos, hasta bisagras más sofisticadas en maquinaria, robótica y sistemas aeroespaciales. Ofrecen diversas capacidades de movimiento y mejoran significativamente la funcionalidad de numerosos productos.

Pero, una vez más, no son nada nuevo para la naturaleza. Hay muchos ejemplos en el mundo natural, pero las alas de algunos insectos y las extremidades de los animales a menudo tienen estructuras articulares dispuestas en una bisagra para permitir que se produzcan movimientos complejos principalmente en un plano.

Sakis Lazarides/iStock

La hidráulica es una forma de tecnología para transmitir potencia y movimiento a través del uso controlado de fluidos presurizados, típicamente líquidos como aceite o agua. Desarrollada en la antigüedad con aplicaciones como el tornillo de Arquímedes, la hidráulica ha evolucionado significativamente a lo largo de los siglos. Los sistemas hidráulicos modernos son parte integral de varias industrias, desde la construcción y el transporte hasta la fabricación y la aviación.

Permiten el funcionamiento eficiente y preciso de maquinaria pesada, como excavadoras, grúas y trenes de aterrizaje de aeronaves, y el funcionamiento de sistemas más pequeños, como frenos y dirección asistida, en automóviles. Los sistemas hidráulicos ofrecen una alta relación potencia-peso y capacidades de control excepcionales.

Los animales de cuerpo blando, como las lombrices de tierra y las anémonas de mar, dependen de "esqueletos" hidrostáticos, que utilizan la presión de los fluidos para mantener su forma y permitir el movimiento. Para el movimiento, sus cuerpos funcionan de manera similar a la hidráulica que comúnmente usamos hoy en día en muchas máquinas. Una lombriz de tierra se divide en segmentos. Cada segmento está lleno de líquido y tiene conjuntos de músculos largos y circulares. Cuando los músculos largos se tensan, el segmento se vuelve más corto; cuando los músculos circulares se contraen, el segmento se vuelve más largo.

Manténgase por delante de sus pares en tecnología e ingeniería - The Blueprint

imantsu/iStock

Las bombas se han utilizado desde la antigüedad, con ejemplos tempranos como los tornillos de Arquímedes utilizados como dispositivos para levantar agua. Las bombas han evolucionado a varios tipos, incluidas bombas alternativas, centrífugas y de diafragma, cada una diseñada para aplicaciones y propiedades de fluido específicas. Las bombas son esenciales en numerosas industrias, incluido el suministro de agua, el tratamiento de aguas residuales, la agricultura, el petróleo y el gas y el procesamiento químico. Desempeñan un papel crucial en la vida cotidiana, desde los sistemas de plomería domésticos hasta las bombas de combustible de los automóviles, lo que permite la eficiencia de fluidos y el movimiento controlado.

En la naturaleza, las bombas se encuentran a menudo en órganos o estructuras especializados que facilitan el movimiento de fluidos. El principal ejemplo es, por supuesto, el corazón de los animales, que bombea sangre a través de los sistemas circulatorios.

Los calamares son otro ejemplo familiar. En la parte inferior del cuerpo del calamar se encuentra el embudo: el agua y otros fluidos se bombean a través del embudo, lo que permite que el calamar exhale, expulse desechos, ponga huevos, rocíe tinta y se mueva a través del agua mediante propulsión a chorro. También se ha descubierto recientemente que las medusas se mueven mediante un sistema similar a una bomba. Estas bombas naturales muestran la eficiencia y adaptabilidad de los sistemas biológicos.

Y ese es tu lote por hoy.

Desde palancas hasta bombas, la naturaleza logró muchas maravillas de la ingeniería a lo largo de millones de años de prueba y error de muchas maneras variadas y emocionantes. Algunos son tan buenos que han inspirado invenciones humanas y han brindado conocimientos valiosos para los ingenieros humanos modernos y es probable que continúen haciéndolo durante muchos años.