Las telas de araña son una de las manifestaciones más fascinantes de la naturaleza. Muchas arañas extruyen seda proteica para tejer telas adhesivas que atrapan presas desprevenidas que se aventuran en sus hilos. A pesar de su elasticidad, estas telas poseen una increíble resistencia a la tracción. En los últimos años, los científicos han expresado un aumentointerés en la telaraña de araña como sistema biomecánico. Los mecanismos sensoriales de la tela son especialmente fascinantes, dado que la mayoría de las arañas que tejen telarañas, independientemente de su nivel de visión, usan vibraciones generadas para localizar de manera efectiva a las presas atrapadas.
"La telaraña de araña es una estructura natural, ligera y elegante con una relación resistencia / peso extrema que rara vez se observa entre otras estructuras, ya sean naturales o artificiales", dijo Antonino Morassi. "Sus funciones principales son la captura de presasy recopilar información sensorial, y el estudio de los mecanismos que guían estos procesos a través de la vibración web ha sido uno de los principales objetivos de investigación en el campo ".
Para comprender la mecánica de las redes de orbes, los investigadores han utilizado previamente patrones simplificados de propagación de olas o se han basado en modelos numéricos que reproducen la geometría exacta de una telaraña a través de elementos unidimensionales. Si bien estos modelos numéricos manejan adecuadamente el viento, el movimiento de las presas yotras fuentes de vibración, no proporcionan información sobre los fenómenos físicos responsables de la dinámica web. En un artículo publicado esta semana en el Revista SIAM de Matemática Aplicada , Morassi y Alexandre Kawano presentan un modelo mecánico teórico para estudiar el problema inverso de la identificación de la fuente y localizar una presa en una tela de araña.
Debido a la interconectividad estructural entre los hilos circunferenciales y radiales, las vibraciones en una red orb se extienden lateralmente y se mueven más allá del radio estimulado. Esta observación condujo a Kawano y Morassi hacia modelos mecánicos realistas que miden la bidimensionalidad de una red fibrosa, en lugar de máslimitar los modelos unidimensionales ". No había un modelo mecánico, ni siquiera simplificado, que describiera la red como realmente es: un sistema vibratorio bidimensional", dijo Morassi. "Decidimos usar un modelo de membrana continua desde entonces.Los modelos teóricos a menudo permiten una visión más profunda de los fenómenos físicos a través del análisis de la estructura matemática subyacente de las ecuaciones de gobierno. "Estas ecuaciones también son útiles para identificar los parámetros más relevantes que dictan la respuesta de una red".
Los autores clasifican su modelo como una red de dos grupos que se cruzan de hilos circunferenciales y radiales que forman una membrana elástica continua e ininterrumpida con una estructura fibrosa específica. Para establecer el problema inverso, consideran la respuesta dinámica de la araña a la presa inducidavibraciones desde el centro de la red donde la araña generalmente espera. En aras de la simplicidad, Kawano y Morassi limitan la amplitud del modelo a redes circulares. La geometría de su modelo permite una estructura fibrosa específica, cuyos hilos radiales sonmás denso hacia el centro de la web.
Los investigadores señalan que el conjunto mínimo de datos para garantizar la unicidad en la localización de la presa parece reproducir con precisión los datos reales que la araña recopila justo después de que la presa hace contacto con la web ". Al probar continuamente la web, la araña adquiere la respuesta dinámica"de la red aproximadamente en un círculo centrado en el origen de la red, y con un radio significativamente pequeño con respecto a las dimensiones de la red", dijo Kawano. "Las simulaciones numéricas muestran que la identificación de la posición de la presa es bastante buena, incluso cuando la observación se realizael conjunto discreto de puntos correspondientes a las ocho patas de la araña "
En última instancia, los autores esperan que su nuevo modelo mecánico fomente futuras investigaciones relacionadas con señales casi periódicas y fuentes de vibración más generales. Ya están pensando en formas de expandir aún más su modelo ". Creemos que puede ser de interés parageneralice el enfoque a geometrías más realistas, por ejemplo, para las telas de araña que se desvían un poco de la forma simétrica del eje circular y mantienen un solo eje de simetría ", dijo Morassi." Además, aquí consideramos la respuesta dinámica transversal causada por ortogonalimpacto de una presa en la web. En situaciones del mundo real, el impacto puede inclinarse y hacer que las vibraciones en el plano se propaguen por la web. El análisis de estos aspectos, entre otros, puede proporcionar ideas novedosas e importantes, no solo paraproblema de captura de presas pero también para redes fibrosas bioinspiradas para aplicaciones de detección que involucran materiales multifuncionales inteligentes ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Sociedad de Matemática Industrial y Aplicada . Original escrito por Lina Sorg. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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