Los camarones de Mantis son famosos por sus Punchos ultrarrápidos y poderosos utilizado para despachar presas. Pueden aterrizar la volea después de la volea de la plataforma, sin lesiones importantes en sus propios nervios o carne.
Eso se debe a que el exoesqueleto de sus patas anteriores de club es construido para filtrar las ondas de presión más dañinas causado por una huelga, informan los investigadores en el 7 de febrero Ciencia.
Aunque lo suficientemente pequeño como para caber en la mano, Pavo Peacock mantis camarones (Odontodactylus scyllarus) Golpean tan rápido que crean burbujas implosionantes. El impacto y las implosiones funcionan en concierto para infligir fuerzas que pueden exceder 1,000 veces el peso corporal de los camarones mantis. Sin embargo, los depredadores desatan este poder repetidamente sin herirse o romper sus clubes.
Los científicos pensaron que esta resistencia podría provenir directamente de la arquitectura dentro de la armadura del club. Allí, las capas de quitina endurecida por minerales, una larga cadena de azúcares que es el componente principal de los exoesqueletos de artrópodos, descansa sobre pilas más profundas de haces de quitinas. Esas capas más profundas se giran ligeramente con respecto a las capas arriba y abajo, al igual que una pila de papel que se ha torcido, creando una forma de sacacorchos tipo hélice llamada estructura de bouligand.
Se sospechaba que este diseño podría actuar como un escudo, manipulando cómo las ondas de alta energía se movieron a través de él. Pero no se había probado experimentalmente a fondo.
«Eran principalmente cálculos teóricos», dice Hortense Le Ferrand, un científico e ingeniero material de la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur que no participó en el estudio. Algunos bioingenedores, dice, señalan que «realmente no había ninguna prueba … mucha duda negativa».
Entonces, Horacio Espinosa, un ingeniero de la Universidad Northwestern en Evanston, Illinois, y sus colegas probaron sistemáticamente la idea en el laboratorio. Para imitar las ondas de presión experimentadas por los camarones Mantis, los investigadores dispararon pulsos láser en secciones transversales recubiertas de aluminio del exoesqueleto del club, lo que hace que se calentaran y se expandan rápidamente. Luego midieron cómo las ondas de alta energía creadas por esa expansión se movieron a través del material.
Los experimentos muestran que las capas externas mineralizadas controlan la propagación de pequeñas grietas por el impacto de la huelga en sí, mientras que las capas más profundas en forma de hélice pueden disipar o neutralizar las ondas de energía más altas. Eso «evita que las ondas de corte dañen los tejidos blandos dentro del club», dice Espinosa.
La estructura similar a la hélice dentro del club parece ser una versión natural de materiales de ingeniería diseñados para manipular la propagación de ondas de sonido. Tales materiales se consideran tradicionalmente como artificiales, dice Federico Bosia, físico de la Universidad Politécnica de Turín en Italia.
Esto «se suma al creciente cuerpo de evidencia que muestra que también aparecen naturalmente en los sistemas biológicos, donde se han desarrollado a través de la evolución para fines de control de onda y vibración», dice Bosia. El Las escamas de ala de algunas polillas también tienen propiedades de amortiguación de ondaPor ejemplo, la absorción del sonido ondas como una forma de camuflaje acústico contra la ecolocación de sus depredadores de murciélagos.
La arquitectura del exoesqueleto podría inspirar materiales como la armadura resistente al impacto, los recubrimientos protectores y las estructuras aeroespaciales, dice Espinosa.
El científico de materiales David Kisailus, de la Universidad de California, Irvine ya ha estado desarrollando aplicaciones para la estructura de hélice dentro del club de camarones Mantis, utilizando el diseño para mejorar la dureza de las alas de los aviones, las cuchillas de turbinas eólicas y los palos de hockey. Kisailus estudia otras especies con promesas para inspirar materiales y apuestas de alto rendimiento. Los nuevos hallazgos son la punta del iceberg.
Hay millones de especies que han tenido que adaptarse a las condiciones en constante cambio, dice Kisailus. «Sé que hay muchos, muchos planos por ahí esperando ser revelados en la gran cantidad de organismos de la naturaleza».
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