Desafíos de la Ingeniería Francisca Lagos Levrini

Transcripción

1 Tucán Desafíos de la Francisca Lagos Levrini

2 Tucán En la naturaleza se pueden encontrar diversos grupos de animales, dentro de los cuales se encuentran las aves. Una característica común entre las aves es el pico, el cual dependiendo de la especie varía su fisonomía. Existen picos pequeños y cortos como los de las gallinas, picos agudos como el del picaflor, pero solo un tipo de ave destaca particularmente por el gran tamaño del suyo, el tucán. El Ramphastidae o tucán pertenece a la familia de las aves piciformes. Es un ave que habita climas tropicales y sub tropicales. Se le encuentra en las selvas tropicales del continente americano, desde Sudamérica hasta México. Una especie de tucán, el tucán toco mide aproximadamente 63 cm en su etapa adulta y su pico alcanza un largo de 19 cm. Éste, además de ser largo y ancho suele ser colorido, contrastando con el plumaje negro con blanco que posee este animal. 1 Las características más importantes del tucán se relacionan con su pico. Ya que éste tiene aspectos especiales que destacan sobre el resto de su cuerpo. En primer lugar, el pico del tucán es alargado y puntiagudo en el extremo. Esto le permite al ave pelar frutas y alcanzar pequeños frutos que se encuentren en lugares de difícil acceso, es decir, en ramas muy débiles que se puedan quebrar con el peso de esta ave. También le facilita no romper las frutas antes de ingerirlas. A pesar de que el tucán tenga una gran facilidad para recolectar frutos de esta manera, ésta no es su única forma de alimentación, ya que también suele ingerir insectos y animales pequeños. Esta función del pico es posible gracias su fisonomía, es decir, la forma de su punta. El pico del tucán es bastante ancho, por lo que resulta extraño que sea capaz de pelar y sostener frutas tan pequeñas sin romperlas. Esto es posible ya 1 Imagen Tucán toco. Disponible desde internet en:

3 que el extremo del pico es puntiagudo, tiene una terminación curva y es hueco en el centro, por lo que puede tomar la fruta con la punta evitando romperla. Además posee pequeños dientecitos, como una sierra, lo que le permite pelar la fruta como si lo estuviera haciendo con un cuchillo. 2 En las imágenes (2) y (3) se puede observar el pico del tucán. En la imagen (2) se aprecia como el tucán sostiene una fruta pequeña en su pico sin que esta se rompa. En la imagen (3) es posible ver lo delgada que es la punta del pico, además de su curvatura, lo que explica como puede tomar frutas tan pequeñas. En conclusión, lo que le permite al tucán comer frutas es la forma de su pico, ya que sin ésta no podría pelarlas ni sostenerlas sin que éstas se dañen. 3 2 Tucán comiendo frutas. Disponible desde internet en: 3 Tucán. Disponible desde internet en:

4 A pesar de que la piel de las frutas es bastante nutritiva, la fabricación de muchos productos con frutas en la industria requiere que las frutas estén peladas. Con frutas como la naranja o la granada suena lógico que requieran ser peladas, pero es extraño que las frutas como la uva, las cerezas y los arándanos lo requieran. Además, sería extremadamente difícil extraer la cáscara de estas últimas frutas, ya que son muy pequeñas y fáciles de romper. Sin embargo, el tucán con su pico es capaz de realizar estas funciones, lo que es bastante interesante. Además de estas frutas pequeñas, el tucán puede pelar frutas grandes, de modo que después pueda comerlas. Observando el pico del tucán y su habilidad de pelar frutas se podrían realizar modificaciones en peladores de frutas industriales para poder sacarle la cáscara a este tipo de frutas de manera más eficiente. Es por esto que analizando las características del pico es posible realizar procesos de mejor manera. Sería necesario encontrar una estructura como con la forma del pico que sostengan la fruta como el tucán y algún material delgado y resistente que retire la cáscara sin romper la fruta. Esto podría traer consecuencias muy favorables para la industria alimentaria, ya que si las máquinas son más eficientes se pueden abaratar costos y lograr mejores resultados. En segundo lugar, el tucán utiliza su pico como una especie de radiador, como descubrieron recientemente los científicos Glenn Tattersall y Denis Andrade. El pico funciona como regulador de la temperatura corporal del tucán, lo que le permite vivir en los climas tropicales en los cuales habita. Esto es posible ya que el pico posee una gran cantidad de vasos sanguíneos, los que al subir la temperatura permiten que solo se caliente el pico del tucán y el resto de su cuerpo se mantenga fresco. Esta característica es indispensable para este animal ya que no suda, por lo que precisa una forma de controlar su temperatura en las selvas húmedas. Esta característica funciona bajo un principio biológico de termorregulación. Éste consiste en la dilatación de los vasos sanguíneos en presencia de altas temperaturas, lo que permite que el calor se disipe al ambiente y así se mantenga la temperatura corporal. Por otro lado, la constricción de capilares sanguíneos al disminuir la temperatura permite conservar el calor en el cuerpo, también ayudando a mantener la temperatura. Esto es una característica de animales homeotermos, es decir, que mantienen una temperatura corporal constante independiente de la temperatura ambiental, como los mamíferos y las aves. Es así como el tucán regula su temperatura corporal, sin embargo, a diferencia de los humanos que disipan el calor por la piel, los tucanes utilizan su pico como una clase de radiador. El pico del tucán posee una gran cantidad de vasos sanguíneos ramificados, los cuales durante el día en las calurosas selvas tropicales se dilatan, haciendo que el calor se concentre sólo en el pico y el cuerpo del ave se mantenga fresco. Al dilatarse los vasos, se va disipando calor al ambiente poco a poco y así se regula la temperatura durante el día. Durante la noche, cuando la temperatura ambiental disminuye, los vasos sanguíneos del pico se contraen, para evitar que el calor se pierda y así se pueda conservar la temperatura del cuerpo del tucán.

5 En el video 4 se observa una grabación de un tucán mediante cámaras infrarrojas, que permiten determinar la temperatura en distintas partes del cuerpo del ave. Se puede observar que el pico se aumenta su temperatura, es decir, se calienta con bastante rapidez y que al calentarse, el cuerpo del ave se mantiene fresco. Por lo tanto, el pico del tucán funciona como mecanismo de regulación de la temperatura corporal, imitando a un radiador, sin embargo, es posible decir que es más efectivo que un radiador ya que es capaz de detectar los cambios de temperatura en el ambiente y adaptarse a ellos. 5 En la fotografía (5), hecha con una cámara infrarroja se ve el pico del tucán de color amarillo y anaranjado. El color amarillo representa alrededor de 33ºC, por lo que la fotografía muestra claramente cómo el pico del tucán se calienta más que su cuerpo, ya que el color violeta de éste representa 25ºC, una temperatura significativamente menor que la de su pico. Un radiador es un instrumento que facilita el intercambio de calor entre distintos medios. Los radiadores se utilizan en la calefacción de los hogares y en automóviles para evitar que el motor se caliente a más de cierta temperatura. Los radiadores son capaces de mantener una temperatura y de transferir energía al ambiente. 4 Video regulación temperatura tucán. Disponible desde internet en: 5 Fotografía tucán cámara infrarroja. Disponible desde internet en:

6 El pico del tucán como radiador cumple la función de mantener su temperatura corporal, transferir la energía (o calor) sobrante al ambiente a través de su pico, es capaz de detectar los cambios de temperatura en el ambiente y cambiar la temperatura corporal en unos segundos, como se puede apreciar en el video cuyo link está arriba. Esto quiere decir que el pico del tucán se calienta y enfría con gran rapidez, lo que ocurre gracias al rápido flujo de la sangre y a la alta vascularización del pico. Las características del pico del tucán como radiador se pueden aplicar en ámbitos tecnológicos para realizar radiadores más eficientes, ya sea para calefacción de ambientes o para los automóviles. Este radiador más eficiente debería tener la capacidad de alterar la temperatura más rápido, adecuándose a las condiciones en las que se encuentra y poder detectar de manera precisa las condiciones ambientales para alterar la temperatura. Esto se puede lograr imitando a la red de vasos sanguíneos del tucán, utilizando, por ejemplo, una red de mangueras con algún liquido que haga que el calor fluctúe más rápido entre el ambiente y el radiador. De esta manera, el mecanismo de termorregulación del tucán puede servir como inspiración para realizar modificaciones en radiadores para que estos sean más eficientes en cuanto a la adaptación a la fluctuación de temperaturas. En tercer lugar, la estructura del pico del tucán es interesante, ya que éste aparenta ser pesado, sin embargo, es sorprendentemente liviano y duro. Esto se debe a que la capa externa del pico está compuesta por un material muy resistente, la queratina, que le otorga dureza y,por otro lado, el interior del pico posee una estructura mezclada de membranas y fibras óseas entrelazadas como una especie de red, dejando varios espacios vacíos en el interior, asemejando a una esponja, lo que le otorga la ligereza al pico. Para ser más precisos, se puede decir que la resistencia y ligereza del pico del tucán se debe principalmente a su composición y a la forma en la que están dispuestas sus partes, es decir, hace referencia a un principio estructural. El interior del pico, como se mencionó anteriormente, es semejante a una esponja o espuma. Esto se debe a que existen diversas fibras óseas entrelazadas y conectadas a través de membranas similares al tímpano humano, las que le otorgan elasticidad y al mismo tiempo permiten que exista un gran volumen de aire en el interior del pico, conformando una estructura compuesta por células llenas de aire. Los huesos humanos son duros y resistentes, sin embargo, no son livianos como el pico del tucán, ya que no poseen el tipo de conexiones membranosas que posee el ave, las cuales le otorgan una gran rigidez al pico y no aportan una notoria cantidad de masa, lo que hace que éste sea considerablemente más liviano que un hueso humano. Además es necesario añadir que el centro del pico es hueco, puesto que el tucán no lo utiliza para ninguna actividad, otorgándole así al pico un mayor volumen de aire y un menor volumen de masa ósea. El exterior del pico está recubierto por queratina en forma de cerámicas y unidas por tejido. La queratina es un polímero que está presente en diversos seres vivos, como las uñas y el pelo humano y el cuerno de los rinocerontes, por lo que es comprensible que le otorgue una gran dureza al pico del tucán ya que éste es un material sumamente resistente.

7 Debido a esto, el pico del tucán posee esta característica, que le permite ser capaz de absorber impactos de alta energía sin quebrarse ni sufrir daños. 6 En esta imagen (6) se ilustra la estructura general del pico de un tucán, su exterior de queratina, el interior como red y su centro hueco. 7 En la foto (7) se pueden apreciar las cerámicas de queratina dispuestas en capas que conforman la superficie del pico. Se puede observar como se 6 Estructura del pico del tucán. Disponible desde internet en: 7 Superficie del pico del Tucán. Disponible desde internet en:

8 sobreponen y como se unen a través de tejidos. Así, el número de capas de queratina otorga una mayor rigidez. 8 En la fotografía (8) se observa de excelente manera como se disponen las fibras óseas del pico ( ramas gris claro), asemejando una red. Lo que se nota color gris oscuro son las membranas que conectan las fibras. Aquí se puede advertir como se forman espacios llenos por aire en el pico del tucán, lo que explica su ligereza. A pesar de que en la fotografía se muestran muy grandes los espacios entre fibras, estos son pequeños y están conectados por estas fibras que le otorgan el carácter esponjoso a la red, lo que le brinda la resistencia que posee. Fabricantes de automóviles, motocicletas y aeronaves están en una constante búsqueda de materiales que permitan que la carrocería de los vehículos sean más aerodinámicas y más seguras. Para que los vehículos sean aerodinámicos es necesario que sean livianos y para que sean más seguros es necesario que tengan alta resistencia y que sean capaces de absorber la energía de los impactos. El descubrimiento de la estructura del pico del tucán puede ser un gran aporte para la industria automotriz, ya que la resistencia y lo liviano que es el pico del tucán son las características que busca esta industria. La mayor pregunta es cómo aplicar esta estructura creada por la naturaleza a un material sintético? Como se mencionó anteriormente, el pico del tucán posee una estructura que asemeja a una espuma, con fibras óseas y membranas, lo que hace que sea liviano y está recubierto por capas de queratina, lo que le da la resistencia. Estas características pueden ser aplicables tratando de imitar la estructura del pico. Para esto es necesario buscar materiales que sean capaces 8 Interior pico Tucán. Disponible desde internet en:

9 de formar una imitación de la espuma del interior del pico, como una mezcla de metales y polímeros que formen una estructura sintética. Otra característica importante que le otorga la estructura al pico del tucán es la capacidad que tiene de absorber impactos de alta energía. Copiar esta característica aplicada, por ejemplo, a paneles para motocicletas tendría un enorme valor, ya que los choques sufridos en este vehículo a altas velocidades son muy peligrosos y las motocicletas tiendes a prenderse con rapidez, arriesgando enormemente la vida de sus conductores, por lo que paneles que absorban energía les brindaría a los motoristas mayor seguridad. Para concluir, es posible considerar al pico del tucán como un elemento indispensable para su vida, ya que sus características de regulador de temperatura y la habilidad que le otorga para alimentarse son funciones vitales para el ave, es decir, sin ellas no podría sobrevivir. A partir de esto se puede deducir que uno de los motivos por los cuales el pico del tucán es tan resistente y liviano es que de esa forma le permite llevar a cabo las funciones mencionadas anteriormente de una manera más eficaz y evitar que éste sufra daños que serían fatales para el tucán. La forma, la composición y estructura y a el mecanismo de regulación térmica del pico del tucán le otorgan distintas características que le permiten al tucán tener distintas facultades para su supervivencia. Es por esto que el pico del tucán es un aspecto fundamental de este animal, ya que realiza diversas funciones de suma importancia de manera muy eficaz. Sería interesante analizar de qué manera estas características podrían ser aplicadas en algún aspecto de la vida humana. En este caso, se pueden aplicar estas características a aspectos de innovación y tecnología. Para esto es necesario investigar y hacer experimentaciones para obtener resultados que permitan imitar estas características. Pelando fruta, el pico del tucán puede ser útil para mejorar máquinas utilizadas en la industria alimentaria, como radiador, el mecanismo de termorregulación del tucán puede servir para crear radiadores para automóviles o para calefacción más eficientes y que estén más ligados a la detección ambiental del calor y en el caso de las características de resistencia y lo liviano del pico, sería una gran oportunidad para buscar materiales que permitan que las piezas de los autos, motocicletas y aeronaves se mejores, utilizando materiales que asemejen la estructura del pico, para hacer las piezas de estos vehículos más aerodinámicas, resistentes y seguras. Es importante reconocer la manera en que la naturaleza es capaz de inspirar nuevas ideas respecto a la tecnología inclusive hasta nuestros días. De esta manera, es posible darse cuenta cómo la naturaleza siempre va un paso más adelante en términos de eficiencia y mejoría.

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