A pesar de ser cuatro veces más grueso que el cabello humano, el cabello de elefante es solo la mitad de fuerte, ese es solo un hallazgo de investigadores que estudian la fuerza del cabello de muchos mamíferos diferentes. Su trabajo, que aparece en un artículo publicado el 11 de diciembre en la revista materia , muestra que el cabello delgado tiende a ser más fuerte que el grueso debido a la forma en que se rompe.
"Nos sorprendió mucho el resultado", dice el primer autor Wen Yang, investigador de nanoingeniería de la Universidad de California, San Diego. "Porque, intuitivamente, pensaríamos que el cabello grueso es más fuerte. Los materiales naturales han sufrido miles de añosde evolución, por lo que para nosotros, estos materiales están muy bien desarrollados. Esperamos aprender de la naturaleza y desarrollar productos sintéticos con propiedades comparables ".
Estudios anteriores han encontrado que el cabello humano tiene una fuerza comparable a la del acero cuando se ajusta a la densidad. Esto se debe a la estructura jerárquica del cabello: el cabello humano está compuesto de una capa externa llamada cutícula que se envuelve alrededor de una corteza interna hecha de muchos pequeñosfibras unidas por enlaces químicos. Dentro de cada fibra, hay fibras aún más pequeñas incrustadas. Este diseño estructural permite que el cabello, que está hecho de proteínas, sea resistente a la deformación.
Yang y su equipo, incluidos los investigadores de los grupos Meyers y Ritchie de la Universidad de California, San Diego y la Universidad de California, Berkeley, tenían curiosidad por saber si el pelo de otros animales comparte características similares. Recolectaron muestras de pelo de ocho mamíferos diferentes,incluyendo humanos, osos, jabalíes, caballos, capibaras, jabalinas, jirafas y elefantes. Estos pelos varían en grosor: el cabello humano es tan delgado como 80? m de diámetro, mientras que los de elefantes y jirafas tienen más de 350? m de diámetro.
Los investigadores ataron mechones individuales de cabello a una máquina que los separó gradualmente hasta que se rompieron. Para su sorpresa, descubrieron que el cabello fino podía soportar una mayor tensión antes de que se rompiera en comparación con el cabello grueso.misma especie. Por ejemplo, el cabello fino de un niño era más fuerte que el cabello grueso de un adulto.
Al estudiar los cabellos rotos utilizando un microscopio electrónico de barrido, el equipo descubrió que, aunque la mayoría de los cabellos comparten una estructura similar, se rompieron de diferentes maneras. Pelos con un diámetro superior a 200 μm, como los de jabalíes, jirafas y elefantes, tienden a romperse en un modo de fractura normal, una ruptura limpia similar a lo que sucedería si un plátano se rompe en el medio. Los pelos que son más delgados que 200 m, como los de humanos, caballos y osos, se rompen en un modo de corteLa ruptura es desigual, como cuando una rama de un árbol se rompe en una tormenta. La distinción en el camino de agrietamiento se debe a que los elementos estructurales en diferentes pelos interactúan de manera diferente.
"El corte es cuando se forman pequeñas grietas en zig-zag dentro del material como resultado del estrés", dice Yang. "Estas grietas luego se propagan, y para algunos materiales biológicos, la muestra no se rompe completamente hasta que las pequeñas grietas se encuentran. Si un material se corta, significa que puede soportar una mayor tensión y, por lo tanto, es más resistente que un material que experimenta una fractura normal ".
"La noción de que el grueso sea más débil que delgado no es inusual, y hemos descubierto que eso sucede al estudiar materiales quebradizos como alambres de metal", dice el coautor Robert Ritchie de la Universidad de California, Berkeley. "Esto es en realidad una estadísticaLo que es una pieza más grande tendrá una mayor posibilidad de tener un defecto. Es un poco sorprendente ver esto en el cabello ya que el cabello no es un material quebradizo, pero creemos que es por la misma razón ".
Los investigadores creen que sus hallazgos podrían ayudar a los científicos a diseñar mejores materiales sintéticos. Pero Yang dice que la fabricación de materiales bioinspirados de su equipo aún está en pañales. Las tecnologías actuales aún no pueden crear materiales que sean tan finos como el cabello y tenganestructura jerárquica sofisticada.
"Hay muchos desafíos en los materiales sintéticos para los que no hemos tenido una solución, desde cómo fabricar materiales muy pequeños hasta cómo replicar los enlaces entre cada capa como se ve en el cabello natural", dice Yang. "Pero si podemoscrear metales que tengan una estructura jerárquica como la del cabello, podríamos producir materiales muy fuertes, que podrían usarse como cuerdas de rescate y para construcciones ".
Este trabajo fue apoyado por la Iniciativa de Investigación Universitaria Multidisciplinaria de la Universidad de California Riverside, la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea y la Fundación Powell a través de la Escuela de Ingeniería Jacobs en la UCSD.
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Materiales proporcionados por prensa celular . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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