Kaare Hartvig Jensen y sus colegas de DTU Physics tuvieron experiencias repetidas en las que las pequeñas pipetas de vidrio que utilizan para extraer líquido de las células vegetales se rompieron al entrar en contacto con la pared celular. Esto molestó a los investigadores y despertó su interés en objetos puntiagudos similares en la naturalezano se rompan cuando se usan. Eso incluye las espinas en plantas como cactus y ortigas o las picaduras y espinas de muchos insectos, algas, erizos y otros animales.
La idea de buscar inspiración en la naturaleza no es nueva para Kaare Hartvig Jensen, quien pertenece a un grupo creciente de investigadores en biomimética. Se enfocan en explorar el diseño de la naturaleza para encontrar inspiración para innovaciones técnicas relacionadas, por ejemplo, con herramientas y equipos médicos.
Basado en una amplia gama de experimentos
Para adquirir más conocimientos sobre el tema, Kaare Hartvig Jensen y sus colegas llevaron a cabo experimentos con modelos y recopilaron datos de más de 200 especies, examinando el diseño de varios objetos puntiagudos en animales y plantas. Su campo de estudio era amplio e incluía partes puntiagudasde plantas o animales utilizados para fines muy diferentes, por ejemplo, para adherirse a una superficie, ingerir alimento o defenderse. El análisis incluyó además agujas o picaduras en animales y plantas que están hechos de materiales y tamaños muy diferentes, que van desde los virus más pequeñosy picos de algas, que miden solo 50 nanómetros, hasta la parte puntiaguda más larga del mundo de un animal, el colmillo de narval de 2,5 metros.
Los investigadores también incluyeron el diseño de objetos puntiagudos hechos por humanos, como clavos, agujas de jeringas y armas lanzas y lanzas antiguas de hasta seis metros de largo.
El diseño asegura fuerza y elasticidad
La gran base de datos permitió a los investigadores identificar cómo las herramientas puntiagudas de la naturaleza están diseñadas para ser lo suficientemente fuertes como para penetrar la piel humana o animal, por ejemplo, y lo suficientemente duras para garantizar que la punta no se rompa al entrar en contacto con la piel.
"Nuestros resultados mostraron que existe una clara correlación entre la longitud de una aguja o picadura y su diámetro, tanto cerca de la punta como donde se adhiere a la planta o animal. De esta manera, tanto la fuerza como la elasticidad necesarias dela punta se puede asegurar, ya sea con una ortiga o un mosquito ", dice Kaare Hartvig Jensen.
"Al mismo tiempo, está claro que las herramientas puntiagudas de la naturaleza están en el límite de lo que es físicamente posible. Y también está claro que los diseños son muy similares, independientemente de si estamos mirando los picos a nanoescala deun virus o el pico de 1,5 metros de un pez espada ", dice Kaare Hartvig Jensen.
Los hallazgos del nuevo estudio se han publicado recientemente en la revista científica Física de la naturaleza .
El estudio también incluyó objetos puntiagudos hechos por humanos que ya han imitado formas naturales en gran medida.
"Este nuevo conocimiento de cómo calcular el diseño óptimo de un objeto puntiagudo se puede utilizar en el futuro para diseñar, por ejemplo, agujas de jeringas para optimizar la asignación de medicación. O en el diseño de uñas, permitiendo una reducción del consumo de material sin perder elestabilidad necesaria ", dice Kaare Hartvig Jensen.
Los propios investigadores también han utilizado los resultados para rediseñar sus pipetas de vidrio para que ya no experimenten roturas al extraer líquido de las células vegetales.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Técnica de Dinamarca . Original escrito por Anne Kirsten Frederiksen. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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