Refrigeración, camuflaje y tecnología solar: lecciones de la mariposa Apolo por mediación de Biomímesis

Imagen del ala superior del Apolo por Adam Gor 

• Envergadura alar (de macho a hembra): 70-90 mm

• Familia: Mariposas cola de golondrina

Co-autores: Michellie Hernandez & Michaela Emch 🌱 

Sin contenido generado por IA

Publicado primero en LinkedIn: 23 de Abril, 2025

Segunda publicación por este Blog: 21 de May, 2025

Introducción a Biomímesis; Como aprender de la naturaleza, no solo sobre ella

La naturaleza siempre ha sido una fuente abundante de inspiración para la innovación. Desde las propiedades de autolimpieza de las hojas de loto hasta las patas del geco, que desafían la gravedad, han surgido numerosos avances científicos del estudio de cómo los organismos se adaptan a su entorno. La biomímesis, la práctica de aprender de estas maravillas naturales para diseñar innovaciones bioinspiradas, nos permite abordar desafíos complejos emulando las estrategias de eficacia comprobada de la naturaleza. Un ejemplo particularmente intrigante es la mariposa Apolo (Parnassius apollo), cuyas singulares estructuras alares podrían inspirar avances en áreas como la refrigeración pasiva, la energía solar y los materiales antideslumbrantes.

La mariposa Apolo: una maravilla de adaptación alpina

Una de sus características más llamativas es la estructura de sus alas, que refleja selectivamente la luz infrarroja, mientras que refleja una mínima cantidad de radiación UV. Contrariamente a las suposiciones iniciales, esta baja reflectividad UV no indica una baja absorción; más bien, sugiere que las mariposas Apolo absorben más radiación UV. Surgiendo aún más  investigación directa sobre el papel de la absorción UV en la mariposa Apolo y su aporte a su supervivencia sigue siendo limitada. Los estudios en otras mariposas indican que la radiación absorbida puede contribuir a la termorregulación. Se ha demostrado que especies como Archeoprepona meander utilizan la pigmentación de melanina y las nanoestructuras de las escamas de las alas para regular el calor, lo que ayuda a mantener la temperatura corporal en ambientes más fríos. Se necesita más investigación para determinar si las mariposas Apolo utilizan mecanismos similares para convertir la absorción UV en calor y así sobrevivir en climas alpinos.

La ciencia detrás de las alas de la mariposa Apolo

A macro-escala, las alas de la mariposa Apolo presentan una disposición de tres hojas, con una envergadura de aproximadamente 70-90 mm. Un análisis más detallado de la microestructura revela una fascinante disposición de escamas superpuestas, cada una de entre 80 y 100 micrómetros de ancho y entre 140 y 200 micrómetros de largo. Estas escamas están cubiertas de crestas y surcos microscópicos, y cada cresta presenta una columna de estructuras superpuestas similares a dientes en un ángulo preciso de 45 grados.

Estas estructuras contribuyen a la capacidad de la mariposa para reflejar más del 90 % de la luz infrarroja media, mientras que reflejan menos del 10 % de la luz ultravioleta. La reflectividad infrarroja ayuda a mantener a la mariposa fresca al minimizar la absorción de calor, mientras que la baja reflectividad ultravioleta reduce el deslumbramiento y mejora el camuflaje visual. Si la radiación ultravioleta se absorbe y se convierte en calor por mediación de movimientos y reacciones químicas, podría proporcionar una ventaja termorreguladora adicional en entornos de gran altitud.

Aplicaciones humanas: ¿Qué podemos aprender de la mariposa Apolo?

La capacidad de la mariposa Apolo para controlar el calor y la reflexión de la luz ofrece interesantes posibilidades de innovación en múltiples campos:

• Refrigeración pasiva en arquitectura: Los sistemas de refrigeración tradicionales consumen grandes cantidades de energía. Al imitar la alta reflectividad infrarroja de la mariposa, los arquitectos podrían desarrollar materiales que refresquen los edificios de forma natural, reduciendo así la dependencia del aire acondicionado.

• Eficiencia energética solar: Las propiedades antirreflectantes de las estructuras de las alas podrían mejorar la eficiencia de los paneles solares al capturar más luz y minimizar las pérdidas por deslumbramiento y reflexión.

• Recubrimientos antirreflejos: al replicar los patrones de las alas de la mariposa Apolo, los científicos podrían crear recubrimientos para gafas, lentes de cámaras y ventanas que reducen el reflejo y mantienen la claridad.

• Aplicaciones espaciales y de sigilo: Las propiedades ópticas únicas de la mariposa también podrían beneficiar a las industrias militares y aeroespaciales, donde controlar la reflexión de la luz es fundamental para la tecnología de sigilo y la gestión térmica de las naves espaciales.

Una empresa biomimética, Fusion Bionic, ya ha grabado con éxito patrones a escala nanométrica en materiales utilizando tecnología láser, lo que sugiere que se podrían emplear métodos similares para replicar las microestructuras de la mariposa Apolo para mejorar las aplicaciones antideslumbrantes, de refrigeración y solares.

Conclusión: Un futuro inspirado en la naturaleza

La mariposa Apolo demuestra cómo la naturaleza ofrece soluciones elegantes y eficientes a los desafíos ambientales. Al estudiar y aplicar estos principios, podemos crear tecnologías más sostenibles y adaptativas para abordar problemas globales urgentes. Ya sea mediante la refrigeración de edificios, el aumento de la energía solar o la mejora de los materiales de protección, la biomímesis nos permite innovar aprendiendo de los diseños de la naturaleza. En una era de rápido cambio climático y avances tecnológicos, las adaptaciones de la mariposa Apolo nos recuerdan que algunas de las mejores soluciones de ingeniería ya se encuentran en el mundo natural.

References

• Han, Z.W., Niu, S.C., Li, W., & Ren, L.Q. (2013). Preparation of bionic nanostructures from butterfly wings and their low reflectivity of ultraviolet. Applied Physics Letters, 102(23). doi:https://doi.org/10.1063/1.4809750

• Kotlarski, S., Gobiet, A., Morin, S., Olefs, M., Rajczak, J., & Samacoïs, R. (2022). 21st Century alpine climate change. Climate Dynamics, 60(1-2), pp.65–86. doi:https://doi.org/10.1007/s00382-022-06303-3

• Kukkonen, J.M., Mikael von Numers, & Brommer, J.E. (2024). Conserving Apollo butterflies: habitat characteristics and conservation implications in Southwest Finland. Journal of Insect Conservation, 28(6),pp.1199–1210. doi:https://doi.org/10.1007/s10841-024-00617-9

• Lambert-Auger, F., Rioux, D., Francisco, T., & Després, L. (2024). Impacts of environmental changes on demographic history and genetic structure of the iconic butterfly Parnassius apollo populations in France: implications for conservation. Conservation Genomics Paris, Jun 2024. Paris Museum National d'Histoire Naturelle, France. ⟨hal-04850907⟩

• Fusion Bionic. (n.d.). Available at: https://fusionbionic.com/en/

• Butterfly Conservation. (2025). Apollo (Parnassius apollo). Available at: https://butterfly-conservation.org/butterflies/apollo?utm_source=chatgpt.com

• Engineering at Columbia. (2023). Beating the heat with living wings. Available at: https://www.engineering.columbia.edu/about/news/beating-heat-living-wings-butterflies?utm_source=chatgpt.com

Citaciones

“Las acciones antropogénicas, el cambio climático y la pérdida de hábitat se encuentran entre los principales factores que causan la pérdida de biodiversidad y la disminución documentada de los insectos terrestres (Kukkonen et. al 2024)”.

“La variación genómica de las mariposas Apolo, asociada a la variación climática, ha identificado poblaciones posiblemente adaptadas a condiciones secas y cálidas, así como a condiciones frías y húmedas (Lambert-Auger et al., 2024).”

Especies de interés en biomimesis:

“Algunas estructuras naturales exhiben funciones únicas y excepcionales, como las hojas de loto con autolimpieza, la fuerza adhesiva proporcionada por los pelos de las patas de los gecos, las coloridas alas de las mariposas y los sorprendentes efectos ópticos causados ​​por los escarabajos, los fotorreceptores de las estrellas frágiles y los ojos antirreflectantes de las polillas (Han, Z. W. et. al., 2013)”