Científicos descubren el secreto de la «diabólica» dureza del caparazón de este escarabajo

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Científicos descubren el secreto de la «diabólica» dureza del caparazón de este escarabajo

Escarabajo diabolico acorazado / David Kisailus - UCI

En Norteamérica existe un escarabajo con un caparazón tan duro que lleva el nombre de “diabólico” (Phloeodes diabolicus). Ahora, unos investigadores estadounidenses han encontrado el secreto su dureza y piensan usarlos en nuevos materiales. Los resultados del estudio fueron publicados en Nature.

Aunque el escarabajo diabólico no puede volar, su capacidad de supervivencia es envidiablemente alta. Según informa Science News, el exoesqueleto de estos animalitos ha sobrevivido no solo pisadas humanas, sino también que autos le pasen por encima.

“Esa es su adaptación: no puede volar, así que simplemente se queda quieto y deja que su armadura especialmente diseñada tome el abuso hasta que el depredador se rinda”, dijo el científico de materiales David Kisailus de la Universidad de California en Irvine.

El pequeño escarabajo mide poco más de un centímetro de longitud y pasa su tiempo arrastrándose por los desiertos del suroeste de América del Norte. Suele habitar bajo las rocas o bajo la corteza de los árboles.

El experimento

El equipo recogió sus escarabajos de la región de Inland Empire de California. Primero, llevaron a cabo pruebas de compresión de placa de acero de todo el exoesqueleto para determinar cuánta fuerza podía soportar el escarabajo. Luego compararon los resultados con otras especies de escarabajos de la misma región que tienen depredadores similares, y la misma estrategia de defensa: hacerse los muertos.

Los escarabajos similares pudieron soportar una carga máxima promedio de menos de 68 Newtons. Por su parte, el diabólico escarabajo acorazado pudo soportar una fuerza máxima de 149 Newtons, es decir 39.000 veces su propio peso corporal.

Luego, el equipo empleó espectroscopía, microscopía electrónica de barrido y tomografías computarizadas para estudiar de cerca la capa dura. También realizaron simulaciones y utilizaron modelos impresos en 3D para verificar sus hallazgos.

Corte trasversal de la espalda del escarabajo con sus eslabones en forma de rompecabezas / David Kisailus

Los resultados

Los investigadores descubrieron que la arquitectura y la composición del material de todo el exoesqueleto explicaban parte de la dureza. Sin embargo, la clave de la resistencia residía en los élitros.

En los escarabajos voladores, los élitros son las alas delanteras duras que actúan como cubiertas para proteger las alas traseras que sirven para volar. Debido a que el escarabajo acorazado no vuela, sus élitros se han endurecido tanto que se han unido a lo largo de una línea de sutura para actuar más como una armadura.

Este exoesqueleto está compuesto de quitina, un material fibroso derivado de la glucosa, y una matriz proteica. Cuando compararon el exoesqueleto del escarabajo acorazado con el de uno similar, encontraron que el acorazado tenía significativamente más proteína. Aproximadamente un 10% más en peso.

Pero la línea de sutura a lo largo de la cual se fusionan los élitros del escarabajo “actúa como un rompecabezas”, dijo el científico de materiales Pablo Zavattieri de la Universidad Purdue. “Conecta varias hojas exoesqueléticas, piezas de un rompecabezas, en el abdomen debajo de los élitros”, añadió.

Cuando el equipo observó más de cerca cómo estas estructuras entrelazadas funcionaban bajo presión, encontraron que las microestructuras dentro de las hojas exoesqueléticas dieron paso a una fractura paralela en capas, un proceso conocido como delaminación.

Esto es ayudado por una capa de pelos microscópicos (microtriquias) en las superficies externas que aumentan la fricción, evitando que los bordes entrelazados se deslicen. Esta combinación de características permite que los élitros se deformen más suavemente, lo que disipa la energía de manera más uniforme.

Nuevos materiales

La buena noticia es que este descubrimiento puede no solo ser útil en la biología. Los investigadores creen que podría ayudar a crear materiales más duraderos con aplicaciones en aviación, exploración espacial o construcción.

Para probar su punto, los investigadores construyeron un sujetador de motor de avión utilizando material de fibra de carbono e imitando la estructura del escarabajo. Después de realizar pruebas de carga, encontraron que su sujetador era tan fuerte como los que existen actualmente en uso, pero significativamente más resistente.

Los científicos están todo el tiempo buscando inspiración en la naturaleza para crear nuevos materiales. Ayer informamos sobre como científicos chinos habían creado una lámina que cambia de color inspirada en los camaleones.

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