Patrones unificadores de la naturaleza

Descripciones detalladas y ejemplos

La naturaleza opera con base en información.

Para estar en sintonía con el ambiente, los organismos y los ecosistemas necesitan recibir información del entorno y poder actuar de manera apropiada en respuesta a esa información. Esto incluye el enviar y recibir señales de y para otros organismos o incluso dentro del mismo cuerpo de un organismo. Este sistema de enviar, recibir y responder ha sido afinado a través de millones de años de evolución. Algunos sistemas vivos funcionan dentro de rangos estrechos de condiciones óptimas, de manera tal que requieren monitorear su ambiente constantemente y responder a él. Otros tienen rangos más amplios, pero aun así requieren poder detectar y responder cuando las condiciones son tales que se acercan a sus límites (por ejemplo, la temperatura máxima de supervivencia o la disponibilidad de oxígeno). Usar bucles de retroalimentación es una manera de monitorean dichas condiciones. Tanto los bucles de retroalimentación negativos (los que frenan un proceso) como los positivos (los que aceleran un proceso) son importantes en los sistemas naturales.

Ejemplos de la biología

 

Aves canoras

Las aves canoras jóvenes tienen bocas de colores muy brillantes, incluyendo un poco de coloración brillante alrededor del pico que desaparece conforme maduran. Un polluelo abre la boca grande para mostrar el color, con lo que crea un objetivo vistoso y envía a sus padres la señal de que está hambriento. Complementa esto con llamados estridentes. Los polluelos más hambrientos hacen más ruido y abren la boca más grande. Esto estimula a los padres para alimentar a quienes más lo necesitan. Cuando el polluelo se siente satisfecho, manda una señal menos fuerte o deja de mandar señales por completo, provocando que los padres reaccionen hacia el siguiente polluelo que manda más señales. Este es un bucle de retroalimentación que se repite a lo largo del día.

El árbol de acacia

Jirafa comiendo un árbol de acacia.

En las planicies africanas, los grupos de acacias han evolucionado una simple pero sofisticada estrategia de detección sensorial como respuesta a las amenazas de los herbívoros. Cuando una jirafa comienza a comer las hojas de una acacia, el árbol emite gas etileno para advertirle a los otros árboles de acacia. Esos árboles reciben la señal y responden, como parte de un bucle de retroalimentación, emitiendo a su vez gas etileno para advertir a los demás árboles cercanos. La detección del etileno también es una señal para que las acacias fabriquen y depositen una toxina en sus hojas, como parte de la respuesta para alejar a los herbívoros.

Aplicaciones de diseño

Centro Bullitt

En vez de controlar la temperatura usando un sistema estándar HVAC (calefacción, ventilación y aire acondicionado, por sus siglas en inglés) de alto consumo energético, el Centro Bullitt en Seattle, WA, usa la retroalimentación para controlar la temperatura interior de una manera más eficiente. El edificio tiene ventanas Schüco que se abren y cierran automáticamente en respuesta a la temperatura interior. (También se abren si la concentración de CO2 se eleva mucho por la exhalación de las personas). Los ocupantes del edificio pueden operar manualmente las ventanas, lo que ofrece otro sistema de retroalimentación en caso de que hubiera ruido exterior u otras señales con las que las ventanas no estén sintonizadas. Los ocupantes del edificio pueden monitorear su propio uso de energía y por tanto encontrar maneras de modificarlo o reducirlo. El sistema también incluye parasoles exteriores que se extienden hacia abajo si las temperaturas exceden los niveles deseados.

Nike Fuel Band

Nike fabrica una variedad de productos en la línea Nike + que dependen de los bucles de retroalimentación. El «Fuel Band» es esencialmente un reloj combinado con un acelerómetro que rastrea la actividad diaria del usuario, incluyendo correr, caminar, baloncesto, bailar, y docenas de actividades diarias. El software incorporado mide las calorías quemadas y proporciona esa información como retroalimentación al usuario a través de una pantalla LED que se ilumina de rojo a verde, mostrando el progreso del usuario durante todo el día. Una aplicación interactiva permite una gran variedad de análisis de datos y retroalimentación, ayudando al usuario a lograr objetivos personales de aptitud.

Pandora

Los días de escuchar un disco de grabación de principio a fin han terminado. Ahora puedes llamar a una canción en un programa como Pandora, y Pandora personalizará una «estación» para ti basada en las cualidades armónicas y temáticas subyacentes de la música que has elegido. Al escuchar las canciones seleccionadas, puede dar a las canciones un «pulgar hacia arriba» o un «pulgar hacia abajo», por lo tanto, personalizar aún más la experiencia auditiva. El sistema detrás de la personalización incorpora esta retroalimentación, ayudando al sistema a ajustarse para mejorar el mercado de la música. Como oyente, también puedes obtener más información sobre tus preferencias musicales, ya que Pandora te presenta una nueva música a través del DJ virtual.

Regen Energy

Diagrama del sistema Regen desde el sitio web de la empresa.

La empresa Regen Energy ha desarrollado un dispositivo que permite la comunicación entre los aparatos eléctricos de un edificio para minimizar el uso de la energía colectiva en un momento dado. El dispositivo debe satisfacer las restricciones locales (por ejemplo, un refrigerador debe permanecer encendido para mantener una temperatura mínima) y de manera simultánea satisfacer el objetivo sistémico de reducir los picos de alta demanda. En vez de usar una estrategia vertical, este enfoque descentralizado para el manejo de la energía ofrece una manera más efectiva de administrar la oferta y la demanda, en un sistema eléctrico delicadamente balanceado.
Créditos de imagen

Pajaritos: Ken Slade, CC-BY-NC
Acacia y jirafa: Baron Reznik CC-BY-NC-SA
Centro Bullitt: Joe Mabel CC-BY-SA via Wikimedia
Nike Fuel Band: Peter Parkes CC-BY
Regen Energy: a través del sitio web de la empresa Regen

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