¿Cómo pueden las alas de una mariposa ayudar a reducir el coste de la transmisión de información a través de internet? ¿O cómo pueden los frutos erizados de la bardana contribuir a la creación de un nuevo sistema revolucionario de sujeción? Los científicos y los ingenieros de todo el mundo lo saben desde hace algún tiempo: el mundo natural es la mejor fuente de inspiración.

 

Las alas iridiscentes de la mariposa

La mariposa Morpho Rhetenor ha asombrado a los científicos durante años. ¿Cómo logran ese color azul intenso? Los maestros de la pintura como Giotto debían triturar la piedra preciosa lapislázuli para obtener el pigmento. Pero las mariposas no pueden triturar piedras para cubrirse. ¿Cómo lo hacen? Bajo un microscopio electrónico, los científicos del Thin Film Photonics Group (grupo de fotónica de película fina) de la Universidad de Exeter descubrió que las alas de la mariposa disponen de diminutas estructuras con forma de peine, con un tamaño similar a la longitud de onda de la propia luz. Esta característica les permite interactuar de manera muy intensa con la luz y les proporciona ese color azul iridiscente.

 

Se observó una iridiscencia similar en algunos gusanos marinos y las investigaciones han detectado una serie de orificios microscópicos en el pelo del cuerpo de la criatura que ocasionan el fenómeno. En la actualidad, Alfredo de Rossi, del Grupo de Investigación y Tecnología Física de Thales, ha creado artificialmente una malla similar en miniatura, con el fin de controlar la luz en una forma muy específica y potencialmente muy útil: “Nosotros no hemos sido los primeros en utilizar la luz para controlar la luz, pero tratamos de hacerlo de una manera más inteligente”, explica. La malla confina la luz en un volumen diminuto, produciendo una energía lumínica con una densidad extremadamente elevada. La concentración genera un campo eléctrico tan fuerte que se puede utilizar para controlar otros haces de luz.

“En un transistor existen tres terminales. La corriente de un terminal se utiliza para controlar el flujo de corriente a través de los otros dos”, explica Alfredo de Rossi. “Nosotros hemos encontrado una estrategia para hacer lo mismo con la luz. No utilizamos electricidad salvo para alimentar el equipo. Todas las señales se transportan por la luz.” La eliminación de gran parte de la necesidad de electricidad otorga a esta tecnología el poder de transformar las comunicaciones, que actualmente se están desarrollando a un ritmo insostenible. “La tecnología de las comunicaciones consume más energía debido al enorme incremento del tráfico de las comunicaciones. En opinión de muchos de los expertos en estadística sobre consumo de energía en el ámbito de las telecomunicaciones, si se mantiene este ritmo, pronto deberemos utilizar toda la energía eléctrica que producimos únicamente para alimentar Internet. Esto es claramente imposible”, declara Alfredo de Rossi. Los nuevos sistemas que él y sus colegas están investigando utilizan apenas unos milivatios de energía, lo que ofrece un enorme potencial para el futuro de un mundo cada vez más interconectado.

 

Los ojos lo tienen

Esta estrategia “biomimética” para resolver un problema apremiante mediante la emulación de los aspectos y los sistemas de la naturaleza ha inspirado una serie de nuevos proyectos en todo el mundo que están produciendo resultados notables. El investigador Jean-François Goudou y su equipo en Thales llevan dos años trabajando en un proyecto destinado a recrear la visión humana. Puede parecer que las cámaras, con sus lentes y detectores, ya ofrecen una imitación aceptable, pero no es así”, afirma Goudou. El ojo es mucho más complejo. “La retina no es solo un colector de fotones, sino que también procesa los datos. No proporciona una imagen al cerebro, pero transmite información acerca de las características espaciales y temporales de lo que se está viendo”, afirma Goudou.

 

El procesamiento de la retina engloba la eliminación del ruido, el reconocimiento de contornos y la orientación, así como el reconocimiento del movimiento. Esto resulta mucho más útil para un dispositivo de procesamiento de datos como el cerebro (o un ordenador) que una imagen que primero debe ser “escaneada” para obtener sus detalles antes de ser procesada.

Otra diferencia es que los píxeles de una cámara captan todo el campo de visión con la misma resolución, mientras que el ojo cuenta con una zona de muy alta resolución en el centro, pero dispone de menos detalle en la periferia. Goudou cree que el desarrollo con éxito de un sistema biomimético puede requerir todavía algunos años, pero cuando llegue, hará que la visión de los ordenadores sea mucho más eficiente. Este sistema tendría aplicaciones evidentes en robótica, donde se requiere comprender el entorno con rapidez para tener la mayor capacidad de  respuesta. “Este sistema permitiría a los ojos de un robot dirigirse hacia los objetos de interés dentro de su campo de visión”, declara Goudou. “Los robots recibirían asimismo información sobre el movimiento de las cosas en su entorno.” Este sistema supondría un paso hacia el objetivo último de la biomimética de producir animales artificiales. Si consideramos la exploración de otros mundos, actualmente, los vehículos espaciales tipo Rover recorren planetas distantes enviando imágenes de lo que les rodea a sus “conductores” en la Tierra, que les ayudan a navegar por el paisaje extraterrestre. Se trata de un proceso largo y complejo, y el uso de ruedas limita seriamente la capacidad de desplazamiento del vehículo. Incluso el vehículo espacial más moderno, como el Mars Curiosity de la NASA, presenta unos malos resultados a la hora de hacer frente a situaciones no previstas. ¿Cuáles son las alternativas? “Si hablamos con cualquier biólogo nos dirá que los sistemas más impresionantes y adaptativos son los de los seres humanos y los animales. Para sobrevivir, los animales son capaces de desarrollar unas asombrosas capacidades de adaptación”, declara Christophe Meyer, experto sénior, director de investigación y estudios avanzados, comunicaciones seguras y sistemas de información de Thales. ¿Qué ocurriría si se pudiera diseñar el vehículo espacial como un animal artificial –algo denominado “animat”–  que pudiera andar o arrastrarse por cualquier superficie, reconociendo los peligros y evitándolos? Asimismo los “animats” se podrían utilizar en la Tierra en situaciones que resultan demasiado peligrosas para los humanos.

 

Recorrer este camino

El interés de Meyer por la biomimética empezó a una edad temprana. Su padre trabajó con el investigador pionero en el MIT, Rodney Brooks, que inició el desarrollo de robots adaptativos. Meyer recuerda un robot específico diseñado para aprender a andar: “Este robot desarrolló un programa propio que le permitió aprender a cubrir el área más grande en el período de tiempo más corto”, declara Meyer. Además del biomimetismo del hardware –por ejemplo, piernas en lugar de ruedas–, debe existir también un biomimetismo en el software, lo que generó una nueva estrategia en el ámbito de la inteligencia artificial. “En el pasado, todo hacía referencia a la superación de la prueba de Turing”, afirma Meyer.

 

Esta prueba era un concepto introducido por Alan Turing en 1950 en un documento titulado “Máquinas Informáticas e Inteligencia” (“Computing Machinery and Intelligence”). Él planteaba la cuestión “¿Pueden pensar las máquinas?”, y proponía una prueba en la que una persona mantenía dos conversaciones a través de una pantalla de ordenador y un teclado con participantes a los que no podía ver. Un participante era un ordenador y el otro un ser humano. El ordenador superaba la prueba si el ser humano que realizaba las preguntas no podía determinar cuál de los dos participantes era humano. La inteligencia artificial moderna deja a un lado este elevado objetivo y se concentra sencillamente en proporcionar a la máquina suficientes capacidades para lograr una meta. No le dice a la máquina cómo hacerlo, en lugar de eso deja a la máquina trabajar por sí misma en los detalles sobre la base de lo que puede percibir de su entorno. En otras palabras, la máquina desarrolla su capacidad sobre la marcha.

Meyer es responsable del proyecto de simulación biomimética y sistemas adaptativos de Thales, que utiliza software biomimético para simular el comportamiento de los seres humanos en entornos virtuales. El software SE-Star permite el desarrollo de diseños que se verifican en relación con su eficiencia, seguridad y facilidad de uso antes de su construcción. El proyecto comenzó hace cinco años cuando Meyer se dio cuenta de que la irracionalidad y el comportamiento humanos en situaciones extrañas habían sido tan bien estudiados que se podían simular en un ordenador.

 

“Ahora podemos utilizar el sistema para verificar el diseño de infraestructuras críticas antes de construir el objeto real. Entonces poblamos este entorno virtual con personas virtuales que se comportan de manera realista y vemos lo que ocurre”, afirma. “Por ejemplo, podemos hacer que exista un incendio o humo en cualquier lugar del entorno y ver cómo se comportan las personas.”

Los investigadores pueden entonces cambiar la localización de las salidas y desarrollar de nuevo la simulación para ver si más personas pueden salir rápidamente. Las mismas herramientas de software se pueden utilizar para otras aplicaciones. La primera es para proporcionar formación al personal que utiliza pantallas de ordenador con el fin de monitorizar el movimiento de personas, como los operadores de circuitos de videovigilancia para sistemas de gestión de multitudes. Actualmente, los operadores reciben formación sentándose con sus compañeros y observando las operaciones diarias, pero para desarrollar unos conocimientos especializados deben aprender cómo manejar situaciones difíciles. Las simulaciones de conductas humanas reales ofrecen una clara ventaja. “Nosotros lo denominamos formación integrada porque utilizas tu sistema operativo, pero en lugar de estar conectado con la realidad, estás conectado a una simulación biomimética”, declara Meyer. Es más bien como los pilotos en los simuladores de vuelo que practican procedimientos de emergencia, aunque la mayoría no se vaya a encontrar esa situación en la vida real.

 

Otra aplicación en desarrollo son las herramientas de apoyo a las decisiones. El software de simulación se puede utilizar para verificar posibles soluciones antes de ser aplicadas. Opera mediante la captación de una instantánea de una situación en el mundo real –por ejemplo, el número de personas en un aeropuerto con una gran actividad imprevista– y la transferencia de esta información a la simulación, en la que se pueden verificar con rapidez los diferentes escenarios. Por ejemplo, se pueden abrir o cerrar equipos adicionales de rayos X, el personal se puede desplazar de una actividad a otra. “No hablamos de toma automática de decisiones porque el sistema no puede decir lo que ocurrirá, sino solo lo que podría ocurrir”, declara Meyer. Sin embargo, el sistema puede ayudar a los operadores a adoptar decisiones correctas en tiempo real. “Inspirándose en el mundo microscópico, Fabien Flacher, miembro de mi equipo, está desarrollando sistemas inmunitarios artificiales con el fin de proporcionar nuevas funciones de ciberseguridad adaptativas, capaces de detectar intrusiones complejas en sistemas de información críticos así como de realizar un seguimiento dinámico de la evolución de dichos sistemas”, añade Meyer.

 

La biomimética es una disciplina amplia y variada, desde el componente más pequeño hasta el sistema más grande, y las respuestas se pueden encontrar en la naturaleza. Todo lo que necesitan los ingenieros y tecnólogos es buscarlas. Después de todo, la naturaleza ha contado con cuatro mil millones de años de evolución para resolver todo tipo de problemas.“Se trata de una aceleración del darwinismo”, afirma Meyer. Como dice el viejo proverbio, la imitación es la forma más sincera de adulación. Y de verdad, la Madre Naturaleza se debería sentir muy adulada.