Insectos innovadores

El humilde saltamontes, quizá no parezca una proeza de ingeniería, ¡pero una mirada más detallada revela muchas sorpresas!

A los pequeños saltamontes usted seguramente los ha visto en el jardín o en un paseo por el parque, si se ha detenido a observar bien. Son varios los insectos, comúnmente llamados cigarras o chicharras, que caen dentro de esta amplia categoría, la cual debe su nombre a la capacidad de saltar de una hoja a otra en busca de comida y para evadir a los predadores.

Dada su profusión, quizá parezca un animalito común y corriente: un insecto cualquiera. Sin embargo, ciertos saltamontes han llamado la atención de científicos de todo el mundo ¡como ejemplos extraordinarios de ingeniería mecánica! Expertos en robótica, ingenieros mecánicos e incluso investigadores militares, han identificado rasgos increíbles de ingeniería exacta y pericia tecnológica en el saltamontes, así como ciertas estructuras que antes se habían notado únicamente en productos del diseño humano.

Dediquemos unos momentos a analizar solo tres de las características que ostentan estos insectos innovadores.

Cómo sobrevivir al despegue

Ver el lanzamiento de un cohete tripulado es una experiencia electrizante, pero no lo puede ser tanto como hallarse dentro del cohete. Al comienzo de un viaje así, los astronautas se exponen a fuerzas extremas. La potente aceleración del transbordador espacial de los Estados Unidos ejercía una fuerza de 3 G, es decir, tres veces la fuerza de gravedad sobre el cuerpo de los astronautas en su interior. ¡Esto quiere decir que un astronauta que pesara 77 kilos se hundiría en el asiento como si pesara 230 kilos!

Los pilotos del avión de caza F-22 pueden sentir fuerzas hasta de 9 G, ¡lo que daría la sensación de pesar 690 kilos! A causa de estas fuerzas, los pilotos deben llevar trajes de presión especiales para impedir que se les drene la sangre del cerebro.

Sin embargo, la revista Journal of Experimental Biology, asegura que el salto del saltamontes verde Cicadella viridis genera más de 15 G de fuerza sobre su cuerpo. Esto es 16 veces la fuerza de gravedad (abril del 2013). Esta proeza llamó la atención al doctor Cesare Stefanini y sus colegas en el Instituto de Biorobótica, motivándolos a preguntarse por qué un despegue tan tremendo no hacía trizas las patas del insecto, ni abría un boquete en su frondosa plataforma de lanzamiento.

Filmando el despegue con cámara de alta velocidad, descubrieron que los músculos del cuerpo y los segmentos de las patas trabajan juntos en una acción extraordinariamente coordinada. Los músculos del tórax, o cuerpo del insecto, generan la fuerza necesaria para lanzarlo, y esa fuerza se transmite por el fémur y la tibia, los dos segmentos de sus patas, hasta presionar contra la hoja y lograr el despegue.

Cuando esta fuerza generada por los músculos, que es muy variable, se va transmitiendo por el fémur, el fémur se tuerce y gira de tal manera que la fuerza se convierte en una fuerza constante y pareja que empuja la tibia uniformemente contra la hoja, y lanza al insecto al aire sin trauma y sin daño alguno a su tarima en la hoja. Sin esta sutil transferencia y conversión mecánica de una fuerza variable a una constante y pareja, la potencia máxima de los músculos destruiría las patas del insecto o las dispararía a través de la hoja. En cambio, la innovación permite que una fuerza, que de otro modo sería insoportable, se oriente hacia la generación de un lanzamiento elegante y admirable.

Un engranaje dentado

No contento con dejar que sus congéneres dominen el escenario, la especie Issus coleoptratus ha llamado la atención por otro diseño sorprendente.

Este insecto también va de un lado a otro dando saltos poderosos. En su forma juvenil, la ninfa llega a saltar 100 veces más alto que la longitud de su cuerpo, como si un niño de 60 centímetros saltara hasta el techo de un edificio de 20 pisos. La hazaña exige una enorme coordinación: las dos patas tienen que accionarse con un lapso de 30 microsegundos entre ellas, es decir, 30 millonésimas de un segundo. De otra manera, la fuerza del salto podría lanzar al insecto hacia la derecha o la izquierda, y no hacia adelante, ¡quizá llevándolo hacia el predador y no alejándolo!

Las células nerviosas del saltamontes no funcionan con la rapidez necesaria para asegurar que las patas se accionen con una sincronización tan precisa. ¿Cómo hace el joven Issus coleoptratus para lograr semejante proeza?

El zoólogo Malcolm Burrows descubrió que el insecto posee algo que se ve mucho en el mundo de la ingeniería y el diseño, pero que nunca antes se había notado en el mundo biológico: ¡un par de ruedas dentadas a modo de engranaje! Al entrelazarse, los dientes de las ruedas obligan cada pata a moverse al mismo tiempo que la otra, garantizando así una acción sincronizada mediante la coordinación mecánica.

Las fotografías tomadas de cerca y las micrografías electrónicas de barrido revelan el diseño, que se ve igual a los engranajes que esperaríamos ver en un reloj u otro mecanismo diseñado por el hombre. Pero en este engranaje el mérito es de otro Diseñador. Si bien la invención de la rueda dentada fue un gran avance en la ingeniería humana, parece que el pequeño saltamontes iba un salto adelante de nosotros ¡y poseía esos engranajes mucho ante que nosotros!

Curioso camuflaje

Los medios de locomoción no son los únicos que revelan diseños extraordinarios en el saltamontes. Algunas de estas criaturas también son expertas en un camuflaje de alta tecnología, que sería la envidia de militares en cualquier parte del mundo.

Se sabe que muchos saltamontes producen micropartículas llamadas broncosomas, las cuales se extienden sobre sus alas y en los huevos. Estas partículas tienen una compleja estructura microscópica que las hace superhidrofóbicas, es decir, que repelen el agua y mantienen secos los huevos y las alas. Ingenieros en la Universidad de Penn State sospecharon que las micropartículas encerraban otro beneficio, antes desconocido.

Notaron la semejanza entre los broncosomas de esos insectos y las microesferas sintéticas que ellos estaban diseñando en el laboratorio. Las microesferas de los ingenieros están cubiertas de agujeros diminutos de tamaño similar a la longitud de onda de la luz. Como resultado, el material puede captar hasta el 99 por ciento de la luz, impidiendo que se refleje desde su superficie.

La semejanza de las estructuras motivó a los ingenieros a examinar estas microestructuras simulando la visión del insecto. Al hacerlo, se notó claramente que el revestimiento del broncosoma, además de repeler el agua, también actuaba como un medio de encubrimiento de alta tecnología, que hacía virtualmente invisibles al saltamontes y sus huevos ante los predadores.

En el Penn State News, se informó que el material sintético requiere “un proceso bastante complejo de cinco pasos con precipitación electroquímica” (noviembre del 2017). Sin laboratorio, ni equipos, ni un grupo de ingenieros; el saltamontes alcanza esta maravilla tecnológica todos los días, proveyéndose de una tecnología protectora que la humanidad hasta ahora está aprendiendo a producir.

Innovación a la vista

La humanidad realmente es inteligente ¡y logra hazañas tecnológicas impresionantes! Pero nuestra capacidad de diseñar e innovar es solo un reflejo de la inteligencia de quien nos diseñó a nosotros: un Diseñador cuyas maravillas de ingeniería se presentan por todas partes, siempre que estemos dispuestos a buscarlas.

La próxima vez que vea un pequeño insecto saltando entre las hojas, haga una pausa para apreciar lo que está mirando: Un ejemplo impresionante de precisión en la ingeniería y el diseño, y un recuerdo de que el Gran Ingeniero de la vida aún tiene mucho por enseñarnos. [MM]