El Escarabajo del Diablo Blindado es prácticamente indestructible. Ahora los científicos saben por qué

David Kisailus / UCI

Puedes pisotear accidentalmente al malvado escarabajo de cuero de hierro y ni siquiera se inmutará. Vaya más allá, gírelo en su automóvil, y eso tampoco causará ningún problema a la criatura. Su exoesqueleto es uno de los más resistentes del reino animal. Y los científicos ahora creen que saben por qué.

En un estudio, publicado el miércoles en la revista Nature, los investigadores descubrieron los secretos de la asombrosa resistencia al aplastamiento del malvado escarabajo acorazado y demostraron cómo los materiales nuevos y ultrarresistentes pueden aprovechar la biología del escarabajo.

De un vistazo, el escarabajo se ve impresionante: un exoesqueleto oscuro y lleno de baches que se parece un poco a una roca carbonizada. Pero debajo de su exterior mundano se encuentran algunas maravillas estructurales, construidas por la evolución. Muchas especies de escarabajos pueden volar y sus alas están encerradas en élitros, una capa protectora y resistente. El vuelo es un gran mecanismo defensivo para los escarabajos, ya que les permite evadir a los depredadores, pero el acorazado no tiene alas y suele jugar muerto, confiando en su exoesqueleto para mantenerlo a salvo.

“El acorazado es un escarabajo terrestre, por lo que no es ligero y rápido, sino más bien construido como un tanque pequeño”, dijo David Kisailus, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de California en Irvine y coautor del estudio, en una excursión. El exoesqueleto del escarabajo es tan difícil que incluso ha planteado problemas a los entomólogos que esperan exhibirlos: es difícil clavar un alfiler a través del cuero.

Sección transversal de los élitros del escarabajo acorazado.

Los dos élitros del malvado escarabajo de hierro se fusionan en una sutura enrollada (en un círculo)

Jesús Rivera / UCI

Para estudiar los diminutos reservorios, un miembro del equipo de investigación, Jesús Rivera, capturó escarabajos y los llevó de regreso al laboratorio. Primero, los investigadores encontraron que el exoesqueleto del escarabajo podía soportar alrededor de 150 newtons de fuerza, o 39,000 veces su peso corporal. Otras tres especies de escarabajos terrestres eran solo la mitad de resistentes.

Pero, ¿por qué este exoesqueleto en particular es mucho más fuerte? El equipo de investigación examinó al escarabajo utilizando una técnica de imágenes en 3D llamada tomografía por microcomputadora, que funciona como una radiografía para todo el cuerpo. Se centraron en los élitros del acorazado.

Puede parecer inusual que el acorazado tenga élitros. Después de todo, es un escarabajo terrestre que no puede volar. Pero evolucionó de un escarabajo que, en un momento, pudo, y sus élitros son críticos para la fuerza de su exoesqueleto. Se fusionaron de la manera más notable, creando una sutura serpenteante y giratoria.

Los investigadores lo describen como piezas de un rompecabezas que se conectan entre sí. Bloquea dos piezas juntas y el punto probable de falla es el “cuello” de la pieza del rompecabezas. Pero al estudiar la sutura bajo un microscopio de alta potencia y utilizando simulaciones por computadora, el equipo no encontró fallas catastróficas. La sutura pareció mantenerse, transfiriendo la tensión a través de toda el área, en lugar de agrietarse. Esto es importante: protege el cuello del escarabajo.

Además, la composición química de los élitros blindados es ligeramente diferente a la de un escarabajo volador. Parece tener una mayor concentración de proteínas mixtas, lo que podría aumentar la dureza del insecto.

Los investigadores fueron más allá y examinaron cómo esta geometría de exoesqueleto podría permitir el desarrollo de materiales más fuertes. Aprendieron las lecciones de la sutura del escarabajo y crearon piezas de rompecabezas de fibra de carbono para probar la resistencia mecánica en una aplicación del mundo real: sujetadores utilizados en la ingeniería aeroespacial. Las piezas del rompecabezas que imitaban el acorazado funcionaron mejor.

“Este trabajo muestra que podemos pasar de usar materiales fuertes y frágiles a materiales que pueden ser fuertes y fuertes al disipar la energía a medida que se rompen”, dijo Pablo Zavattieri. , ingeniero civil de la Universidad Purdue y coautor del estudio.

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