Microcontroladores. Práctica No. 1 .- ¿Qué es la biomimética?

Nombre: Juan Angel Valdez Presas Matrícula: 1756585 Brigada y hora: 106 (V.6)

Práctica No. 1 .- ¿Qué es la biomimética?

Objetivo

Conocer aspectos generales acerca de la Biomimética, así como algunas de sus aplicaciones en diferentes ramas de la ingeniería.

Instrucciones

* Desarrollar un resumen de los capítulos 1.3, 1.4 y 1.6 del libro “Biomimetics, nature-based innovation” de Yoseph Bar-Cohen, 2012.

* Esta práctica deberá ser realizada en español.

* Entregable: se cargará plantilla de reporte de práctica en archivo PDF.

Desarrollo

Capítulo 1.3 Tecnologías y mecanismos inspirados en la biología

1.3.1 Inteligencia artificial

El control automático de actuales softwares es limitado, solo usa opciones predeterminadas. Cada vez se hacen más inteligentes estos sistemas usando la inteligencia artificial, estos algoritmos de control son imitaciones de la naturaleza.

Hacer sistemas inteligentes como estos requiere de algoritmos que proporcionen capacidades de control, tales como, capacidad de reconocimiento, representación y razonamiento bajo la incertidumbre, planificación, visión y seguimiento de características. Procesando lenguajes, mapeos, habla natural y navegación, de este modo la inteligencia artificial “aprende” automáticamente.

La IA es parte de la informática que estudia requisitos de computación, para tareas como, percepción, razonamiento y aprendizaje para desarrollo de sistemas que realizan estas capacidades. La investigación de la IA usa modelos inspirados en capacidades computacionales del cerebro humano, esto sirve para construcciones psicológicas de alto nivel.

1.3.2 Materiales artificiales bio-mimética

Las estructuras efectivas pueden ser de gran utilidad si fueran hechas de materiales de la naturaleza como auto regeneración, autorreplicación, reconocimiento, equilibrio químico, durabilidad y multifuncionalidad.

Hemos reconocido mucho la ventaja de materiales biológicos y botánicos, por lo que se buscan usarlos para muchas aplicaciones, tales como materiales reciclables, eso ayudaría con el medio ambiente. Imitar la naturaleza beneficia a los humanos de muchas otras formas, ejemplo, el desarrollo más realista de una prótesis.

1.3.3 Biosensores

Los sensores son críticos para los sistemas que monitorean sus funciones y permiten su respuesta adecuada a condiciones de cambio según la necesidad. Los sensores son la imitación de los sentidos en las criaturas biológicas. Estos proporcionan información al sistema nervioso central y ordena a los músculos realizar acciones según sea el análisis de información sobre el entorno. Los efectos cuánticos limitan demasiado los sensores biológicos y son muy sensibles.

Los sensores son cruciales para que un sistema funcione de manera efectiva pues son quienes dan retroalimentación. Se mejoran sensores de presión, temperatura, ópticos y acústicos para reducir su tamaño, consumo de potencia y tiempo de detección. Las cámaras son imitaciones de los ojos, los bigotes de los roedores se imitan como sensores de colisión, el sonar de los murciélagos es la base de los detectores acústicos y más ejemplos.

Los sensores también sirven para operar a niveles aceptables de trabajo tales como temperatura, analógicamente al cuerpo, esto es el sistema de regulación de temperatura en una casa u oficina.

Los sensores de olfato y gusto se imitan cada vez más con narices y lenguas artificiales, el sentido del olfato se puede usar como analizador químico del aire, que determina la presencia de productos químicos peligrosos, estos son muy utilizados en la industria alimentaria.

El gusto es un tipo de analizador biológico de productos químicos, pues examinan e identifican moléculas diversas en una sustancia, similar a la nariz electrónica se desea imitar una lengua que pueda sustituir las capacidades sensoriales. Este tipo de sensores se usan mucho en la industria alimentaria.

1.3.4 Visión y colores

La visión y colores son herramientas importantes usadas en biología para ver, camuflar, identificar y proporcionan datos visuales benéficos. La visión y los colores permite ver todo el entorno o ser visto. Los colores de las plumas en las aves, el pelaje de los animales y las plantas son inspiración para aplicaciones fotónicas, ya sea células solares, pinturas y muchas otras cosas. Los ojos compuestos de insectos inspiraron dispositivos de amplio campo de visión.

1.3.5 Músculos artificiales

Los músculos son actuadores de sistemas biológicos, permitiendo nuestros movimientos físicos, utilizan actuación conforme el comportamiento lineal, los actuadores naturales de polímero electroactivo son lo más cercano a imitar los músculos, es por ello que se llaman músculos artificiales. Estos materiales aún tienen una capacidad muy limitada para generar fuerzas suficientes para realizar tareas significativamente pesadas.

1.3.6 Motores de gusano

Otra forma de actuación basada en el movimiento de los gusanos son los motores de gusano. Imitar el mecanismo de movimiento de movilidad de las larvas y orugas condujo a llevar el desarrollo de motores de alta precisión. La fuerza que generan dichos actuadores genera 30 Newtons una versión comercial sin holgura y alta estabilidad. Los músculos biológicos no pueden repartir las fuerzas ya que los mecanismos imitados usan materiales piezoeléctricos que disipan la potencia cuando se mantiene una posición.

Un diseño alternativo a este tipo de motor es aquel que usa sistema de alternación de freno y extensor dentro de un tubo, es un proceso muy similar al movimiento de las orugas, el cual resulta ser el más eficiente para desplazamiento sin extremidades.

Los motores de oruga se han utilizado en misiones de la NASA para articulaciones de alta precisión en el rango de nanómetros.

1.3.7 Mecanismos de bombeo

La naturaleza usa muchas formas de bombeo que son inspiración de mecanismos creados por el hombre, la más conocida es la bomba peristáltica, el bombeo de líquidos que cambian el volumen se encuentran en los corazones humanos y animales, en los cuales la expansión y contracción produce un flujo de sangre. Otra bomba natural

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