La armadura única del pez cofre extrae su fuerza de escamas en forma de hexágono y las conexiones entre ellos, descubrieron los ingenieros de la Universidad de California en San Diego.
Describen sus hallazgos y el caparazón del cofre Lactoria cornuta en la edición del 27 de julio de la revista Acta Materialia . Los ingenieros también describen cómo la estructura del pez cofre podría servir de inspiración para chalecos antibalas, robots e incluso dispositivos electrónicos flexibles.
"El pez cofre es pequeño y, sin embargo, sobrevive en el océano donde está rodeado de peces más grandes y agresivos, a una profundidad de 50 a 100 metros", dijo Wen Yang, una alumna de UC San Diego que ahora trabaja en el Instituto Federal Suizo deTecnología en Zúrich, Suiza, y el primer autor del artículo: "Después de tocarlo, me di cuenta de por qué puede sobrevivir: es tan fuerte pero al mismo tiempo tan flexible".
El marco duro y el cuerpo flexible del pez cofre lo convierten en un animal ideal para estudiar en busca de materiales de armadura. Las escamas en forma de hexágono se llaman escudos. Están conectadas por suturas, similares a las conexiones en el cráneo de un bebé, que crecen y se fusionanjuntos a medida que el bebé crece.
La mayoría de los peces tienen escamas superpuestas, dijo Steven Naleway, un estudiante de doctorado y coautor de ciencias de los materiales y coautor del artículo. "Eso significa que no hay puntos débiles, en caso de que una mordida de un depredador caiga exactamente entre escalas", dijo." Actualmente estamos investigando qué ventaja mecánica pueden proporcionar los escudos y las suturas. Sabemos que el pez cofre ha sobrevivido durante 35 millones de años con esta armadura, por lo que el diseño ha demostrado ser muy exitoso ".
Cada escala hexagonal, o escudo, tiene una estructura elevada en forma de estrella en el centro que distribuye el estrés en toda la superficie. Debajo de los escudos, el equipo encontró una capa interna que forma una estructura compleja en la que las fibras de colágeno se entrelazan.la estructura crea una capa interna flexible en la armadura, que es difícil de penetrar debido a las fibras de colágeno entrelazadas. Juntas, las capas externa e interna de la armadura de pez cofre proporcionan al pez una protección única en el mundo natural.
El equipo también probó la capacidad de los escudos para resistir la tensión separándolos horizontal y verticalmente, así como su capacidad para resistir la penetración ". Pudimos demostrar que incluso si un depredador logra generar una grieta en el exteriorcapa, las fibras de colágeno ayudarán a evitar que la estructura falle ", dijo Yang. Su investigación actual se centra en la caracterización de materiales bioinspirados.
Mientras tanto, las conexiones entre los escudos, llamados suturas, hacen que la armadura sea aún más fuerte. Tras el impacto, los patrones de zigzag de las suturas se bloquean esencialmente y evitan que los escudos se rompan. Estas suturas son diferentes de muchas de las que se encuentran en otras partes de la naturaleza, Dijo Naleway.
"La forma más común de estructuras de sutura en la naturaleza son aquellas que tienen una forma más o menos triangular y constan de dos componentes importantes: dientes de sutura rígidos y una interfaz compatible", dijo. "Hasta donde sabemos, no existefase compatible en la interfaz de las suturas del pez cofre. Además, los dientes tienen una relación de aspecto mucho más baja, lo que significa que son más cortos y anchos, que la mayoría de los otros ejemplos ".
"Nuestro enfoque es único ya que usamos principios de ingeniería para comprender el diseño biológico", dijo la profesora Joanna McKittrick, experta en ciencia de materiales y una de las autoras principales del artículo.
Los investigadores utilizaron microscopía electrónica de barrido para caracterizar la estructura de la superficie de los escudos. También tomaron secciones transversales y utilizaron una tomografía por microordenador para caracterizar las regiones densas. Los resultados de las pruebas mecánicas hicieron que los investigadores quisieran saber por qué el pez cofre elegiría undiseño que excluye escalas superpuestas.
"Estas estructuras resistentes al daño han evolucionado durante millones de años en la naturaleza y se están estudiando con el apoyo de la Fuerza Aérea de los EE. UU. Para poder guiarnos hacia diseños bioinspirados que ofrecerán más protección contra el impacto que los convencionales", dijo Marc Meyers, uno de los dos autores principales del artículo y Profesor Distinguido de Ciencia de Materiales en UC San Diego.
Este trabajo fue apoyado por la National Science Foundation, División de Investigación de Materiales, Subvención del Programa de Cerámica 1006931. Los autores agradecen el apoyo financiero parcial de una Iniciativa de Investigación Multi-Universitaria a través de la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea AFOSR-FA9550-15-1-0009.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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