Evolution News & Views 16 de febrero de 2012 | Permalink
Hay más en el ala de una mariposa de lo que salta a la vista —como si el ojo necesitara aún más, Supongamos que dijésemos que hay más en un Rembrandt de lo que salta a la vista, y que, si estudiamos la microestructura de un cuadro de Rembrandt podríamos aprender maneras para mejorar la cirugía o la lucha contra incendios. ¿Quién lo creería?
La mariposa Morpho, un género de mariposas tropicales que se encuentra en América Central y del Sur, resplandece con un encantador color azul iridiscente que es el deleite de los aficionados a las mariposas. (Su imagen es la que aparece en la cubierta del último documental de Illustra, Metamorphosis.) Lo que no salta a la vista es la compleja microestructura que hace posible la hermosa tapicería del ala. Esta microestructura —en realidad una nanoestructura del orden de mil millonésimas de un metro— está cargada de potencial comercial.
Para prueba de ello, iremos al Laboratorio de Investigación Global de General Electric en Nueva York, donde el doctor Radislav Potyrailo está exhalando sobre el ala de una mariposa Morpho. Una videocámara de infrarrojos que registra el experimento exhibe cómo el color del ala responde instantáneamente pasando del color azul frío al magenta. Los pulsos de calor dirigidos al ala producen unas brillantes zonas de naranja, amarillo y blanco. El equipo de investigación está exhibiendo su nuevo detector de calor que supera a cualquier sistema de imaginería térmica disponible en la actualidad. Puede detectar cambios de temperatura inferiores a 0,18°C en un 1/40 de segundo (véase video).
Inspirados por la iridiscencia de la mariposa Morpho, el equipo examinó primero la estructura de las escamas del ala con un microscopio electrónico de barrido. Descubrieron un bosque. Las escamas están compuestas de sistemas de estructuras ramificadas hechas de quitina que no sólo refractan la luz, de modo que intensifican los azules y cancelan otras longitudes de onda, sino que también se expanden y contraen con la temperatura. Al expandirse, los colores refractados cambian de manera correspondiente.
Desarrollando a partir del trabajo de Pete Vukusic y J. Roy Sambles, que en un artículo publicado en Nature en 2003 «describieron las estructuras fotónicas de escala nanométrica en las escamas de las alas de la mariposa Morpho y la extraordinaria iridiscencia azul que generan», Potyrailo se dio cuenta de que la estructura debería quedar «intensamente influida por el medio gaseoso rodeando a las nanoestructuras».1
En 2008, reunió un equipo de investigación para indagar en la respuesta térmica de las alas de las mariposas. Unos detallados estudios en 2009-2010 pusieron de relieve quee «las alas de la mariposa Morpho pueden servir como resonadores ópticos de baja masa térmica y responden rápidamente a cambios en temperatura con una sensibilidad muy elevada». ¿Cómo funcionan? «Nuestro equipo ha descubierto que en esos resonadores, la cavidad óptica queda modulada por su expansión térmica y por su cambio de índice de refracción, lo que resulta en la conversión del calor infrarrojo en cambios visibles de la iridiscencia». En resumen: se pueden visualizar unos pequeños cambios de temperatura en color viviennte.
Descubrieron que «dopando» las alas con nanotubos de carbono de pared simple, las estructuras alcanzaron una diferencia de temperatura equivalente a ruido de 18-62 mK [mili-Kelvin] y una velocidad de respuesta sin disipación de calor de 35-40 Hz».2 El artículo muestra una micrografía electrónica de la estructura arbórea de las escamas de las alas.
En una entrada de blog ilustrada con el fascinante arte de la estructura del ala, el doctor Potyrailo decía que su equipo está «muy entusiasmado» de que su proyecto quinquenal de investigación acaba de ser publicado en Nature Photonics.2 Y esto es sólo el principio. Su descubrimiento «guía unos diseños conceptualmente futuros de detectores de imaginería térmica inspirados en las estructuras biológicas».
Nuestra siguiente etapa es encontrar una manera de imitar la naturaleza y diseñar unos detectores agudos y robustos que ofrezcan nuevas y atractivas soluciones de detección en el mercado. Es en la solución de esta cuestión que estamos concentrados. Si tenemos éxito, ello podría imponer una nueva dirección en el diseño de detectores químicos sumamente selectivos con lectura colorimétrica directa que podrían sustituir unos actuales complicados sistemas de detectores. Prevemos que esta clase de detector podría estar en el mercado en cuestión de los próximos cinco años.1
Gracias al microdiseño en las hermosas alas de un insecto, algún día podremos ver muchas aplicaciones útiles. Un cirujano podría llegar a visualizar ubicaciones precisas de una inflamación. Un soldado podría llevar gafas de visión nocturna de mucho mayor resolución. Un bombero podría usar un detector térmico manual para evitar peligros. Un inspector de seguridad podrá disponer de una nueva forma de detectar explosivos. Tu médico podría llegar a estudiar la firma térmica de una cicatriz para realizar un mejor diagnóstico sin incisiones. (Ver Comunicado de prensa de GE.)
El trabajo de investigación de Potyrailo forma parte de una de las tendencias más activas en ciencia: la biomiméticca, que sencillamente significa examinar la naturaleza para imitar diseños útiles. Su entrada en el blog refleja su entusiasmo: «¡Hola, Tierra! Unos nuevos adelantos tecnológicos inspirados por la Naturaleza proporcionan a nuestra sociedad unos nuevos y avanzados productos». El reportaje de New Scientist termina así: «¿Cree Potyrailo que la física ha sacado todo el partido de la mariposa? No, en absoluto. En sus palabras: “Quizá podemos tocar un aspecto de lo que tiene que ofrecernos, pero otros aspectos son también extraordinarios”».
En ninguno de esos artículos se menciona la tesis evolutiva, ni hay por qué, ¿Qué posible valor tendría una «glosa narrativa» sobre evolución a la ciencia que aparece aquí descrita? ¿Acaso hay ninguna base racional para aceptar el cuento de que millones de años de errores sin objeto ni fin llevaron a la producción de unas nanoestructuras en el ala de una mariposa que causan pasmo a los ingenieros? La biomimética debe su vitalidad a la premisa de un diseño inteligente, tanto si sus practicantes lo admiten como si no: unas mentes inteligentes están diseñando unos productos sobre la base de que los diseños que aparecen en la naturaleza son productos de una inteligencia, y dignos de ser imitados.
Fuentes:
- Radislav Potyrailo, «Discovery of selective vapor response with nanostructures of butterfly wing scales», GE Global Research blog “Edison’s Desk.”
- Pris, Potyrailo et al., «Towards high-speed imaging of infrared photons with bio-inspired nanoarchitectures», Nature Photonics (2012), doi:10.1038/nphoton.2011.355.
- Comunicado de prensa de GE 13/2/2012, «New Butterfly-Inspired Design from GE to Enable More Advanced, Low Cost Thermal Imaging Devices».
- Videoclip de YouTube, «GE’s Butterfly-Inspired Design to Enable Advanced, Low Cost Thermal Imaging Devices».
- Radislav Potyrailo, «Nanostructures of Morpho butterfly wing scales demonstrate high resolution of temperature changes at high speed», PrSync, 13/2/2012.
- Bob Yirka, «Researchers Make Better Heat Sensor Based on Butterfly Wings», PhysOrg, 13/2/2012.
- Maggie McKee, «Bionic butterfly wings are ultimate heat sensors», New Scientist, 2/12/2012.
Fuente: Evolution News – G.E. Brings Life to Good Things 16/02/2012
Redacción: Evolution News & Views © 2013 – www.evolutionnews.org
Traducción y adaptación: Santiago Escuain, publicado en sedin-notas.blogspot.com.es
© SEDIN 2013 – www.sedin.org
– Publicado por Santiago Escuain para <b>SEDIN – NOTAS y RESEÑAS</b> el 10/16/2013 01:16:00 p.m.
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