Patrones unificadores de la naturaleza

Descripciones detalladas y ejemplos

La naturaleza usa solo la energía que requiere y depende de la energía de libre disposición.

La energía es un recurso costoso para todos los organismos; el riesgo de usarla en exceso es la muerte o la imposibilidad de reproducirse. Por lo tanto, lo utilizan escasamente, adaptando sus necesidades a la cantidad limitada de energía disponible. Mientras que ninguna energía es «libre», porque toda la energía requiere el gasto de energía para obtenerla, las fuentes de la naturaleza para la energía están disponibles libremente porque son renovables, se encuentran localmente, y no necesitan ser minadas. La energía disponible libremente incluye fuentes como los electrones de la luz solar utilizada por las plantas para la fotosíntesis, las corrientes de aire crecientes, el viento, los minerales disueltos de los respiraderos de aguas profundas, los materiales orgánicos en descomposición y los nutrientes de las plantas y los animales en que los organismos alimentar.

Dos grandes gastos energéticos para los organismos son la obtención de la energía (por ejemplo, a través de la fotosíntesis o la búsqueda y captura de alimentos) y el cultivo de materiales que componen sus cuerpos y hogares. Los organismos utilizan procesos que requieren poca energía para así reducir la cantidad de energía que necesitan. Esos procesos normalmente comprenden el autoensamblaje, construir de abajo hacia arriba (de los elementos más pequeños a los más grandes), utilizar estructuras modulares o anidadas, construir a cierta temperatura y presión ambiental, y usar diseño multifuncional.

Ejemplos de la biología

 

Cóndor

Los cóndores son aves grandes que vuelan muy alto y que dependen de las corrientes ascendentes de aire caliente para mantenerse en vuelo. Los cóndores son enormes y les tomaría muchísima energía impulsarse batiendo sus alas. Al usar las corrientes termales, pueden planear todo el día en busca de comida. Mientras planean, estas aves usan la misma cantidad de energía que usarían si estuvieran descansando en sus nidos.

Aves marinas

Las aves marinas son otro grupo de pájaros que utilizan energía libremente disponible. No hay térmicas o corrientes ascendentes sobre grandes cuerpos de agua, pero las aves marinas aprovechan la velocidad del aire siendo más lenta cerca de la superficie del agua debido a la fricción. Se disparan de forma dinámica buceando repetidamente en los valles de las ondas oceánicas y luego de vuelta al aire. Obtienen energía del gradiente de la velocidad del viento y pueden volar indefinidamente repitiendo este patrón de rodando.

Pingüino emperador

Los pingüinos emperador tienen muchas estructuras corporales que les ayudan a mantener el calor corporal, como plumas especiales que proporcionan mucho aislamiento. Sin embargo, en su hogar Antártico necesitan ayuda adicional para mantenerse calientes, y consiguen que el uno del otro apiñando juntos para mantener su calor corporal. Dado este arreglo acurrucado, los pingüinos más exteriores en el grupo inevitablemente se enfriarán. Por lo tanto, se turnan para entrar en el centro para que todos mantenerse calientes.

Abulón

La concha del abulón es 200 veces más fuerte que nuestra cerámica más resistente de alta tecnología. Mientras que nuestra cerámica se hace utilizando temperaturas y presiones muy altas, así como materiales extraídos del suelo, los abulones construyen sus conchas a la temperatura y presión del agua marina, con minerales que obtienen en ella.

Aplicaciones de diseño

Diagrama de un sistema de recuperación de calor de reciclaje de aguas grises. Haz clic para ampliar el detalle.

Sistemas de recuperación de calor

La calefacción de los espacios de vida es una fuente importante de consumo de energía en algunos climas. Mucha energía también va a calentar agua para duchas. Para abordar esta ineficiencia, algunos fabricantes han ideado sistemas de agua que capturan el calor que de otro modo se desperdiciaría. Una pipa de la recuperación de calor toma el agua caliente usada, saliente y la corre al lado del agua entrante para reducir la cantidad de energía necesaria para calentar el agua nueva. Este tipo de intercambio de calor contracorriente también se encuentra en los sistemas de calefacción, ventilación, y sistemas de aire acondicionado.

Centro Bullitt

El recientemente completado Centro Bullitt en Seattle, WA, USA establece altos estándares para el uso de procesos que requieren poca energía. No ofrece estacionamiento a sus inquilinos, pero tiene una ubicación central y ofrece un espacio comunitario para bicicletas, fomentando así el transporte de bajo consumo energético. El único elevador que tiene está ubicado en la esquina más lejana del edificio, mientras que una majestuosa escalera central invita al desplazamiento a pie de un piso a otro. Sus paredes de vidrio optimizan la luz natural en el edificio, aun en la lluviosa ciudad de Seattle. Sus maderas y otros materiales son de origen local. Los paneles solares proveen energía cuyo uso se monitorea cuidadosa y responsablemente.

Los congeladores de laboratorio tradicionales, como el de arriba, podrían ser obsoletos por BioMatrica® SampleMatrix.

Tecnología SampleMatrix de Biomatrica®

Tecnología SampleMatrix de Biomatrica®

Actualmente, el costo de la refrigeración en laboratorios de ciencias mundial llega a $30 mil millones. Si las muestras vivas pudieran estabilizarse a temperatura ambiente, el ahorro energético sería enorme. Biomatrica® lo ha hecho posible, desarrollando SampleMatrix® para estabilizar y proteger los materiales biológicos a temperatura ambiente sin degradación. La tecnología SampleMatrix fue diseñada emulando el estado criptobiótico, que permite la supervivencia a largo plazo de los organismos en ambientes extremadamente secos. Después de investigar la estrategia utilizada por el camarón de salmuera, los helechos de la resurrección (familia del Spikemoss), los Tardigrades, y otros organismos para sobrevivir en tal estado, Biomatrica creó un vidrio termal estable, soluble que empaqueta cada molécula única presente en un Muestra. En lugar de usar la molécula de trehalosa encontrada en esos organismos, crearon una molécula sintética que realiza la misma función. Esta tecnología permite a los investigadores estabilizar muestras biológicas durante largos periodos de tiempo y permite una recuperación completa y rápida de la muestra.

Bicicleta cargadora de teléfono celular

En algunas economías emergentes, la mayoría de las personas vive en casas sin electricidad; sin embargo muchos también tienen teléfonos celulares. Para cargar la batería de sus teléfonos, la gente a menudo tiene que viajar grandes distancias para ir a los centros de carga. La bicicleta cargadora de teléfono celular, diseñada en Tanzania por Bernard Kiwia del Centro de Soluciones Cíclicas Globales (GCS, por sus siglas en inglés), aprovecha la popularidad que en estas regiones tienen las bicicletas como medio de transporte y permite a los usuarios cargar sus teléfonos mientras pedalean al utilizar la energía gratuita producida por el movimiento de las llantas de la bicicleta. Diseñado para utilizar chatarra de bicicletas y radios, el dispositivo depende de materiales que ya están disponibles en Tanzania y mantiene los “desechos” fuera del relleno sanitario.

Créditos de imagen

Cóndor: Sam Fowler CC-BY-NC-ND via Flickr
Gaviota: Byron Chin CC-BY-NC-SA via Flickr
Pingüinos: Storm Petrel CC-BY-NC
Abulón: Alfred Lui CC-BY-SA via Flickr
Sistema de recuperación de calor: Wipeout 997 CC-BY-SA Via Wikimedia
Bullitt Center: (c) NIC Lehouse, utilizado con permiso
Lab freezer: leighhadactyl via Flickr: CC BY-NC-SA
Bicycle phone charger:via Global Cycle Solutions

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