Los investigadores en Singapur ahora pueden explicar qué le da al camarón mantis, un crustáceo marino que caza golpeando a su presa con sus apéndices tipo club, el golpe más poderoso en el reino animal. En un artículo publicado el 19 de octubre en la revista iScience , muestran que una estructura en forma de silla de montar en las extremidades del camarón mantis, que actúa como un resorte para almacenar y luego liberar energía, está compuesta por dos capas hechas de diferentes materiales. Mide la composición y las propiedades micromecánicas decapas, que en su mayoría son biocerámicas y en su mayoría biopoliméricas, respectivamente, permitieron a los investigadores simular cómo la silla almacena grandes cantidades de energía elástica sin romperse.
"La naturaleza ha desarrollado un diseño muy inteligente en esta silla de montar", dice el autor principal Ali Miserez, un científico de materiales que estudia estructuras biológicas únicas en la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur. "Si estuviera hecho de un material homogéneo, sería muyquebradizo. Seguro que se rompería "
Investigaciones previas del laboratorio de la bióloga Sheila Patek habían examinado los clubes de dáctilos del camarón mantis, los apéndices que usan para atacar a su presa, y sugirieron que los músculos solos no podrían estar creando la cantidad de fuerza con la que golpean los crustáceos.Otra investigación había planteado la hipótesis de que el sillín podría usarse para almacenar energía elástica, pero estudiar la estructura y las propiedades mecánicas del sillín fue un desafío ". El movimiento es tan rápido que la gente no pudo concentrarse solo en el sillín, lo quees por eso que necesitábamos estudiarlo por simulación por computadora ", dice Miserez.
Su equipo analizó la composición de la silla de montar, haciendo micro-mediciones de las propiedades mecánicas de los materiales para desarrollar una simulación del golpe del camarón mantis. Descubrieron que la capa superior de la silla de montar está compuesta principalmente de una biocerámica relativamente frágil similar adiente o hueso, mientras que la parte inferior contiene un mayor contenido de biopolímeros, que son fibrosos como una cuerda y, por lo tanto, fuertes cuando se los jala. Cuando los músculos del camarón mantis y los tejidos conectivos cargan energía en la silla, la capa superior se comprime y la capa inferiorse estira, lo que significa que cada capa se coloca bajo las fuerzas que mejor puede soportar.
"Si le pidiera a un ingeniero mecánico que hiciera un resorte que pueda almacenar mucha energía elástica, no pensarían en usar una cerámica. Las cerámicas pueden almacenar energía si puede deformarlas, pero son tan frágiles queno sería intuitivo ", dice Miserez." Pero si los comprime, son bastante fuertes. Y son más rígidos que el metal o cualquier polímero, por lo que puede almacenar una mayor cantidad de energía de la que podría con esos materiales."
Los investigadores también realizaron una serie de experimentos utilizando pequeñas tiras de estructuras de silla reales que cortaron con un potente rayo láser de picosegundos. Analizaron cómo se distribuían las fuerzas cuando las tiras se doblaban de la forma en que están en los camarones mantis y cuando estabandobladas al revés. Cuando estaban dobladas al revés, con los biopolímeros comprimidos y la biocerámica estirada, las tiras eran menos capaces de resistir fuerzas fuertes, probablemente debido a pequeñas fracturas en la capa de cerámica.
Miserez y sus colegas continúan estudiando la estructura de la silla de camarones mantis e incluso han comenzado a imprimir en 3D algunos muelles inspirados en camarones mantis, que potencialmente podrían usarse en microrobotics.
"Desde una perspectiva científica fundamental, la mecánica de esta estructura es bastante interesante", dice. "Pero lo que este diseño también muestra es que puedes hacer un resorte muy eficiente, y puedes hacerlo con cerámica, queson más eficientes que otros materiales que las personas están usando ahora. Puede usar materiales en los que no habría pensado en base a sus conocimientos de ingeniería mecánica ".
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Materiales proporcionados por prensa celular . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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