La cabeza del pájaro carpintero inspira amortiguadores

por Pablo Marcas

4 febrero 2011

Pájaro carpintero vs amortiguador

Cuando los investigadores de accidentes aéreos del futuro recuperen un registrador de vuelo de los restos de un avión, es posible que tengan que agradecer al pájaro carpintero de frente dorada, Melanerpes aurifons, por la supervivencia de los datos de vuelo. ¿La razón? Un amortiguador inspirado en la capacidad del ave para soportar fuertes desaceleraciones.

La cabeza de un pájaro carpintero experimenta desaceleraciones de 1200 g mientras tamborilea sobre un árbol hasta 22 veces por segundo. Los humanos a menudo quedan conmocionados si experimentan de 80 a 100 g, por lo que no estaba claro cómo el pájaro carpintero evita el daño cerebral.

Así que Sang-Hee Yoon y Sungmin Park de la Universidad de California, Berkeley, estudiaron videos y tomografías computarizadas de la cabeza y el cuello del ave y descubrieron que tiene cuatro estructuras que absorben los golpes mecánicos.

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Estos son su pico duro pero elástico; una estructura de soporte de la lengua elástica y nervuda que se extiende detrás del cráneo llamada hioides; un área de hueso esponjoso en su cráneo; y la forma en que el cráneo y el líquido cefalorraquídeo interactúan para suprimir la vibración.

Luego, los investigadores se propusieron encontrar análogos artificiales para todos estos factores para poder construir un sistema mecánico de absorción de impactos para proteger la microelectrónica que funciona de manera similar.

Para imitar la resistencia a la deformación del pico, utilizan un recinto de metal cilíndrico. La capacidad del hioides para distribuir cargas mecánicas es imitada por una capa de goma dentro de ese cilindro, y el cráneo/líquido cefalorraquídeo por una capa de aluminio. La resistencia a la vibración del hueso esponjoso se imita mediante esferas de vidrio de 1 milímetro de diámetro muy juntas, en las que se asienta el frágil circuito (ver diagrama).

Para probar su sistema, Yoon y Park lo colocaron dentro de una bala y usaron una pistola de aire para dispararla a una pared de aluminio. Descubrieron que su sistema protegía la electrónica instalada en su interior contra golpes de hasta 60 000 g. Los registradores de vuelo actuales pueden soportar golpes de 1000 g.

"Ahora sabemos cómo prevenir la fractura de microdispositivos por choque mecánico", dice Yoon. "Un instituto en Corea ahora está investigando algunas aplicaciones militares para la tecnología".

Además de un posible papel en la protección de la electrónica del registrador de vuelo, el amortiguador también podría usarse en bombas "destructoras de búnkeres", así como para proteger naves espaciales de colisiones con micrometeoritos y desechos espaciales. También podría usarse para proteger la electrónica en los automóviles.

"Este estudio es un ejemplo fascinante de cómo la naturaleza desarrolla estructuras altamente avanzadas en combinación para resolver lo que al principio parece ser un desafío imposible", dice Kim Blackburn, ingeniera de la Universidad de Cranfield en el Reino Unido, que se especializa en estudios de impacto automotriz.

"Puede informar nuestro pensamiento sobre amortiguadores regenerativos para vehículos, redirigiendo la energía a una forma más fácilmente recuperable que volcarla al calor", agrega Blackburn. "En última instancia, tenemos que aprender del pájaro carpintero para recuperar energía y no darle dolor de cabeza al conductor".

Nick Fry, director ejecutivo del equipo de Fórmula Uno Mercedes GP Petronas con sede en Brackley, Reino Unido, dice que estas ideas podrían contribuir a la protección contra choques para los conductores que participan en deportes de motor: "Un gran problema con la Fórmula Uno es proteger al conductor al lograr que desacelere en una situación de accidente de tal manera que sus órganos internos y su cerebro no se conviertan en papilla".

"Lo hacemos con un diseño inteligente de materiales compuestos, cinturones de seguridad muy sofisticados y un sistema de sujeción para la cabeza y el cuello", dice Fry. "Pero esta investigación podría ser algo en lo que podamos basarnos en el futuro, podría ser muy interesante".

Referencia de la revista: Bioinspiración y Biomimética, DOI: 10.1088/1748-3182/6/1/016003

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