BIOINSPIRADA

La Biomímesis conecta al tren de alta velocidad de Japón y a nuestros humedales altoandinos.

La Biomímesis conecta al Tren de Alta Velocidad de Japón, el Martín Pescador, nuestros humedales de la Sabana de Bogotá y Regiotram.

El tren de alta velocidad de Japón y su relación con nuestros humedales altoandinos

Hoy 2 de febrero es el Día Mundial de los Humedales, y se preguntarán por qué lo presento a través de un tema como el diseño del Tren de Alta Velocidad de Japón. En Japón para poder aumentar la velocidad de sus trenes más rápidos y mantener a la vez los niveles permitidos de ruido, recurrieron a diseños inspirados en la naturaleza. Una de las inspiraciones vino del ave Martín Pescador, que gracias a la forma de su pico caza peces tomándolos desprevenidos al zambullirse. El Martín Pescador no sólo vive en Japón sino también en otros lugares, como Colombia. Aquí tenemos 6 especies y una de ellas, Megaceryle torquata, vive en los HUMEDALES de Córdoba y el Salitre en la ciudad de Bogotá, Colombia 1, 2. La presencia de esta ave en humedales bogotanos demuestra que la inspiración para los diseños basados en la naturaleza está en nuestro entorno si tenemos los ojos abiertos para verla, y si conservamos los ecosistemas que la contienen.

Un reto local que también incluye trenes y humedales

Por otro lado, los retos para los que la inspiración en la naturaleza es crucial, también están sucediendo en nuestro entorno, y más específicamente en nuestros humedales. Pronto tendremos trenes de cercanías conectando a Bogotá con sus municipios aledaños 3. Los trenes de cercanías pasarán por humedales en donde viven muchas especies de las cuales podemos aprender, como el Martín Pescador. Por lo que está en nuestras manos promover diseños de trenes y vías amigables con el ambiente. Así podremos cubrir dos necesidades primordiales: la conservación de los humedales que amortiguan los efectos del cambio climático, y la mejora en la red de transporte de la zona.

Humedales como mitigadores del cambio climático

Los humedales cumplen funciones esenciales para nuestro bienestar como ciudadanos y para los organismos que lo habitan. Son el hogar de una alta diversidad de especies y también son el lugar de paso para muchas especies migratorias. Por otro lado, capturan algunos de los gases contaminantes presentes en el aire bogotano, contribuyendo así a la captura de carbono. A través de la fotosíntesis los convierten en energía para sí mismos, y aire puro que comparten con nosotros. Y como si todo esto fuera poco, también son ecosistemas fundamentales para el balance del agua local, ayudando a reducir inundaciones y mitigar sequías. Las anteriores son algunas de las razones por las que estos ecosistemas son una herramienta crucial para aliviar los efectos del cambio climático. Pero los humedales están en riesgo y han disminuido su cobertura de forma preocupante en el último siglo 4. En las ciudades en especial, la forma en que construimos y manejamos el agua, los han ido secando. Y esto no solo afecta a la biodiversidad que allí vive, sino también a nuestra ciudad como ecosistema, porque hemos ido acabando con los sistemas naturales de control de agua y captura de carbono.

Tren de alta velocidad de Japón

El reto

Volviendo al tren de alta velocidad de Japón, los ingenieros a cargo del proyecto tenían la tarea de aumentar la velocidad del tren y a la vez cumplir con los límites de ruido permitidos. El tren original, aun viajando a las velocidades permitidas, producía un sonido explosivo al salir de los túneles. Este ruido era similar al de un tiro de escopeta.

Un camino diferente hacia la solución

Eiji Nakatsu era el gerente general del Departamento de desarrollo técnico y del Departamento de operaciones de prueba del JR-West, empresa a cargo de este proyecto. Nakatsu escuchó de uno de sus ingenieros junior que cuando el tren entraba en el túnel parecía encogerse. Así Nakatsu comprendió que el problema de ruido podía deberse al cambio súbito de resistencia del aire, entre el aire libre en la atmósfera y el aire encerrado en el túnel 5. De modo que se formuló la siguiente pregunta “¿Hay algún organismo vivo que maneje cambios repentinos en la resistencia del aire como parte de su vida diaria?”. Nakatsu recordaba de sus experiencias como observador de aves, que el Martín Pescador para atrapar a su presa se zambulle desde el aire (que tiene baja resistencia), en el agua (de alta resistencia), y además lo hace con mínimas salpicaduras. Y se preguntó si esto es posible debido al agudo borde y la forma aerodinámica de su pico.

Pero ¿Cómo es que Nakatsu tenía tan presentes a las aves en su mente? Eiji Nakatsu además de ser ingeniero, es un ávido observador de aves, tanto que pertenece a la Sociedad de Aves Silvestres de Japón (Wild Bird Society of Japan) 6. Y además de observarlas, disfruta aprendiendo sobre ellas. Este conocimiento interdisciplinario fue fundamental para encontrar las soluciones al problema de ruido del tren.

Kingfisher-steampunk
La investigación

El equipo de ingenieros a cargo hizo un estudio minucioso de la forma del pico del Martín Pescador. Y también adelantó pruebas en modelos a escala que representaban desde la forma original de la nariz del tren, que era redondeada, hasta puntas finas que representaban el pico del ave. Estos modelos los disparó como balas dentro de pequeños túneles para mirar el comportamiento del aire. Junto con estas pruebas realizó también simulaciones por computador 5. En otra publicación les contaré en más detalle cómo el equipo llegó al diseño final de la nariz del tren y de otras de sus piezas, inspiradas también en animales.

El resultado

El nuevo diseño del tren incluye una nariz más alargada, que pasó de tener 6 metros en el tren original, a 15 metros en la nueva versión. Por otro lado, el cuerpo del nuevo tren es redondeado facilitando el paso del aire entre el tren y la pared del túnel. Ambos cambios contribuyeron a disminuir el efecto del estallido sonoro 5. Pero no sólo lograron eso, sino que también el nuevo modelo tiene un gasto de energía neto menor ya que se mueve de forma más eficiente a través del aire. Estas mejoras fueron posibles gracias a lo aprendido de la naturaleza, y es increíble que un ave pequeña, de entre 20 y 40 centímetros de largo, haya inspirado el re-diseño de un tren que viaja a una velocidad de alrededor de 300 km/h (kilómetros por hora) y que durante las pruebas llegó a alcanzar los 603 km/h 7.

La Biomímesis en el proceso de diseño

La forma en la que los ingenieros abordaron el proceso de diseño del tren de alta velocidad reunió al menos tres de los principios de diseño o principios de vida de la Biomímesis: (i) Se adaptaron a las condiciones cambiantes y (ii) estuvieron en sintonía con lo local, al ajustar la forma del tren original para moverse a mayores velocidades sin sobrepasar los límites de ruido. Por último, (iii) fueron eficientes con los recursos, porque conservaron gran parte del tren original cambiando solo aquellas piezas que requerían un mejor diseño. Esto ahorró material y disminuyó la producción de desechos. Para llegar a este tipo de diseño fue importante la observación cuidadosa de la naturaleza por parte de uno de los ingenieros encargados del proyecto y ¡También fue crucial que hubiese naturaleza en la cual inspirarse!

Tren de cercanías como un reto para la Biomímesis

Nuestro tren será uno de bajas velocidades, así que el ruido no es nuestro principal reto. Como ya lo mencioné arriba nuestro reto es implementar el transporte férreo y a la vez conservar nuestros ecosistemas naturales, como los HUMEDALES. Así que en este caso surgen preguntas también muy interesantes desde la Biomímesis como, por ejemplo, ¿Cómo gestiona la naturaleza el transporte sobre cuerpos de agua? Y otras varias preguntas que los expertos en humedales, en trenes, en construcción de vías, etc, se pueden hacer. Ambos, el transporte más cómodo y eficiente y la conservación de los ecosistemas naturales son necesarios para nuestro bienestar como seres humanos. Así que hoy más que nunca es el momento de usar herramientas como la Biomímesis y colaborar entre disciplinas y saberes para encontrar estrategias que nos permitan mejorar nuestra calidad de vida de forma integral.

Por: Elsa Magnolia Quicazán-Rubio

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Referencias

  1. Escobar Moreno, Jose Emmanuel. 27 de Octubre 2020. Reaparece el Martín pescador en el humedal Córdoba. Humedales de Bogotá. https://humedalesbogota.com/2020/10/27/reaparece-el-martin-pescador-en-el-humedal-cordoba/
  2. Escobar Moreno, Jose Emmanuel. 15 de Julio 2011. El Martín Pescador del Humedal El Salitre Humedales de Bogotá. https://humedalesbogota.com/2011/06/15/el-martin-pescador-del-humedal-el-salitre/
  3. Puentes, Ana. 15 de Agosto de 2019. Es oficial: Regiotram de Occidente comienza proceso de licitación. Periódico El Tiempo. https://www.eltiempo.com/bogota/regiotram-de-occidente-comienza-proceso-de-licitacion-401048
  4. Rosselli, Loreta. 2011. Factores ambientales relacionados con la presencia y abundancia de las aves de los humedales de la Sabana de Bogotá. Tesis Doctoral. Universidad Nacional de Colombia. https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/8683
  5. McKeag, Tom. 2012. Auspicious forms: Designing the Sanyo Shinkansen 500-Series bullet train. Zygote Quaterly. Summer 2012. https://issuu.com/eggermont/docs/zq_issue_02final/16
  6. Kobayasaki, Kazunori. 2005. JFS Biomimicry Interview Series: No.6 “Shinkansen Technology Learned from an Owl?” – The story of Eiji Nakatsu. https://www.japanfs.org/en/news/archives/news_id027795.html
  7. Shinkansen. 2016. Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Shinkansen