El diseño protector natural de la extremidad en forma de martillo con que un voraz camarón machaca a sus presas, ha sido inspirador para el diseño de nuevos materiales para fabricar aviones y cascos.
Los boxeadores inteligentes se atan las manos con tiras de tela para evitar lesiones cuando lanzan un golpe. Hace millones de años, el camarón mantis ‘machacador’, uno de los depredadores más violentos de la naturaleza, descubrió una forma similar de proteger el mazo parecido al martillo que utiliza para pulverizar presas con una velocidad y fuerza increíbles.
En una investigación publicada en ‘Advanced Materials’, un grupo de investigadores liderados por David Kisailus, de la Universidad de California-Riverside (UCR), Estados Unidos, ha identificado una estructura única que envuelve el instrumento de ataque del camarón mantis para protegerlo del daño que se auto-inflige al aplastar a las presas de caparazón duro. El hallazgo ayudará al equipo de Kisailus a desarrollar materiales ultra fuertes para las industrias aeroespacial y deportiva.
Los camarones mantis, también llamados estomatópodos, son crustáceos agresivos conocidos por matar a sus presas utilizando un ataque depredador que se encuentra entre los movimientos animales más rápidos conocidos. Los estomatópodos se dividen en dos grupos: “spearers”, que atacan a las presas de cuerpo blando utilizando una estructura tipo arpón, y los “smashers” evolucionados más recientemente, que aplastan presas de caparazón duro utilizando un apéndice tipo martillo llamado garrote dactilado.
Kisailus, profesor en Innovación Energética en la Facultad de Ingeniería Marlan y Rosemary Bourns de la UCR, ha estado estudiando los martillos de los ‘smashers’ como inspiración para el desarrollo de materiales compuestos de última generación. Su trabajo está financiado por una Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea bajo una Iniciativa de Investigación Multiuniversitaria de 7,5 millones de dólares. El colaborador de Kisailus es Pablo Zavattieri, profesor de Ingeniería Civil e investigador de la Facultad de la Universidad de Purdue.
En investigaciones previas, el equipo demostró que el garrote es un compuesto multirregional hecho de quitina mineralizada, el mismo material que se encuentra en las conchas de insectos y crustáceos, dispuesto en una serie de estructuras únicas. El exterior del martillo, llamado región de impacto, sirve como recubrimiento duro y resistente a las grietas que permite que el camarón mantis inflija un daño increíble a su presa al transferir su impulso al impacto.
Un martillo protegido
El interior del garrote comprende dos regiones: la región periódica, una estructura absorbente de energía que disipa las grietas a lo largo de una serie de largas fibras helicoidales (tipo espiral) y la región estriada. En el documento actual, los investigadores muestran que la región estriada está formada por una serie de fibras altamente alineadas que se envuelven alrededor del palo e impiden que se expanda al impactar.
“Creemos que el papel de la región estriada reforzada con fibra en el martillo machacador es muy similar a la envoltura manual utilizada por los boxeadores cuando luchan: comprimir el garrote y evitar el agrietamiento catastrófico. Juntas, las regiones de impacto, periódicas y estriadas forman un club de increíble resistencia, durabilidad y resistencia al impacto”, dice Kisailus.
Kisailus señala que un elemento arquitectónico estriado similar se ve en el primo más antiguo de este machacador, el camarón mantis ‘arponeador’, donde se cree que evita que las largas y delgadas púas se deformen durante ataques penetrantes. La presencia de esta estructura en la lanza probablemente permitió el advenimiento de ‘machacador’ y su martillo biológico, una diversificación que coincidió con la aparición de presas de caparazón duro con defensas más sofisticadas. Curiosamente, también encontraron una estructura similar en la tibia de la mantis religiosa terrestre, lo que sugiere que la biología ha utilizado este diseño para funciones similares.
Los investigadores detectaron cómo ‘machacador’ lleva a cabo ataques submarinos tan rápidos, que pueden ocurrir a velocidades de hasta 23 metros por segundo. El perfil del martillo, junto con una región contigua llamada propodus, es un diseño hidrodinámico en forma de lágrima que reduce la resistencia por el arrastre. Gracias a este diseño de lágrima, la aceleración del palo es tan grande (más que una bala de calibre 0,22) que corta el agua, creando cavitación (burbujas que implosionan) para producir un impacto secundario en la presa del camarón mantis.
“Curiosamente, los cascos y palos de golf aerodinámicos ya incorporan este diseño, lo que sugiere que la naturaleza estaba un paso por delante de los humanos en lograr estructuras de alto rendimiento. El mundo natural puede proporcionar muchas más claves de diseño que nos permitirán desarrollar materiales sintéticos de alto rendimiento”, augura Kisailus.
Fuente: Europa Press