Descifrado el misterio sobre el insecto indestructible

Puede sobrevivir al atropello de un coche. Ahora, un equipo de científicos de materiales ha revelado su secreto y esperan aprender de este escarabajo.

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David Kisailus / UCI

Te presentamos al escarabajo acorazado diabólico (Phloeodes diabolicus), una de las criaturas más resistentes que ha dado la naturaleza. Es como un pequeño tanque de seis patas. Es tan duro que puede sobrevivir al atropello de un vehículo, por lo que no es mal lugar para buscar inspiración que nos sirva a los seres humanos. Ahora, los ingenieros de la Universidad de Purdue en Indiana (EE. UU.) han conseguido desentrañar los secretos de su diseño e increíble dureza, allanando el camino para una nueva generación de materiales con características similares que podríamos utilizar en chalecos antibalas, aviones, vehículos en general y edificios.

¿Cómo es posible que esta criatura absorba un impacto tan tremendo? Su exoesqueleto soporta picotazos de pájaros e intentos de ser comido por otros depredadores, ser atropellado por un vehículo o pisado por un oso pardo. La especie, que habita en las regiones desérticas del oeste de América del Norte, debe su poder a una armadura inusual que se coloca en capas y se ensambla como un rompecabezas en su cuerpo, según el estudio publicado en la revista Nature.

"A diferencia de otros escarabajos como el escarabajo de Namibia, que es más redondeado, está cerca del suelo y es plano en la parte superior", comenta David Kisailus, científico de materiales de la Universidad de California en Irvine.

Los expertos realizaron varios experimentos de compresión (utilizando placas de acero compresivas) con este escarabajo, descubriendo que podía soportar alrededor de 39.000 veces su propio peso corporal (149 Newtons), en comparación con los aproximadamente 68 Newtons que podían soportar escarabajos similares. Por extrapolarlo a los humanos, sería como si una persona llevase al hombro una pila de unos 40 tanques de batalla M1 Abrams. O lo que es lo mismo: 3,5 millones de kilos. Inconcebible.

 

Un desafío de ingeniería


Los análisis de imágenes de microscopio, espectroscopía, tomografías computerizadas, modelos impresos en 3-D y simulaciones por ordenador de la armadura del escarabajo, revelaron los secretos de su fuerza. Las estructuras estrechamente entrelazadas y que absorben impactos que conectan piezas del exoesqueleto del escarabajo son las que le ayudan a sobrevivir a estas enormes fuerzas aplastantes; es decir, las microestructuras en la armadura del escarabajo, llamadas élitros, hacen que sea casi imposible aplastar. Componen un escudo protector de dureza hercúlea. En los escarabajos voladores, estos élitros protegen las alas y facilitan el vuelo. Pero este escarabajo no vuela, por lo que sus microestructuras ayudan a distribuir la fuerza aplicada de manera más uniforme por todo el cuerpo.


“La sutura actúa como un rompecabezas. Conecta varias hojas exoesqueléticas, piezas de rompecabezas, en el abdomen debajo de los élitros ”, aclaran los autores.

 


No se rompe, solo pierde capas protectoras


Al ser golpeado y, dependiendo de la cantidad de fuerza aplicada, el exoesqueleto no se rompe, únicamente pierde capas; se fractura lentamente. Las hojas del exoesqueleto se encajan entre sí como piezas de un rompecabezas, lo que evita que se salgan de su lugar con una gran fuerza.

El exoesqueleto está compuesto de quitina, un material fibroso derivado de la glucosa, y una matriz proteica. Cuando compararon el exoesqueleto del diabólico escarabajo acorazado con el de un escarabajo similar, encontraron que el acorazado tenía significativamente más proteínas, alrededor de un 10% más en peso. Pero la línea de sutura a lo largo de la que se fusionan los élitros del escarabajo es la que responsable vital de su dureza final.


“Este trabajo muestra que podemos pasar de usar materiales fuertes y quebradizos a materiales que pueden ser fuertes y duros al disipar la energía a medida que se rompen”, concluye Pablo Zavattieri, coautor del estudio. "Eso es lo que la naturaleza le ha permitido hacer al escarabajo diabólico acorazado".

"Este estudio realmente une los campos de la biología, la física, la mecánica y la ciencia de los materiales hacia aplicaciones de ingeniería, que normalmente no se ven en la investigación", comenta Kisailus.

 

Referencia: Toughening mechanisms of the elytra of the diabolical ironclad beetle, Nature (2020). DOI: 10.1038/s41586-020-2813-8 , www.nature.com/articles/s41586-020-2813-8

Sarah Romero

Sarah Romero

Fagocito ciencia ficción en todas sus formas. Fan incondicional de Daneel Olivaw y, cuando puedo, terraformo el planeta rojo o cazo cylons. Hasta que viva en Marte puedes localizarme por aquí.

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