Los boxeadores inteligentes se atan las manos con tiras de tela para evitar lesiones cuando dan un golpe. Hace millones de años, el camarón mantis "aplastador", uno de los depredadores más luchadores de la naturaleza, descubrió una forma similar de proteger el garrote con forma de martillo que utiliza para pulverizar a sus presas con una velocidad y fuerza increíbles.

En una investigación publicada hoy en Materiales avanzados , Un grupo de investigadores dirigido por David Kisailus de UC Riverside ha identificado una estructura única que envuelve el club del camarón mantis para protegerlo del daño autoinfligido mientras aplasta presas de caparazón duro. El hallazgo ayudará al equipo de Kisailus a desarrollar materiales ultrarresistentes para las industrias aeroespacial y deportiva.

Camarón mantis, que también se llaman estomatópodos, son crustáceos agresivos conocidos por matar a sus presas mediante un ataque depredador que se encuentra entre los movimientos animales más rápidos que se conocen. Los estomatópodos se dividen en dos grupos:"lanceros, "que atacan a presas de cuerpo blando usando una estructura similar a un arpón, y los más recientes "smashers, "que aplastan a las presas de caparazón duro con un apéndice en forma de martillo llamado garrote dáctilo.

Kisailus, quien es el profesor investido por Winston Chung en Innovación Energética en la Facultad de Ingeniería Marlan y Rosemary Bourns de la UCR, ha estado estudiando los clubes de smashers como inspiración para el desarrollo de materiales compuestos de próxima generación. Su trabajo está financiado por una Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea en el marco de una Iniciativa de Investigación Multiuniversitaria de $ 7,5 millones. El colaborador de Kisailus es Pablo Zavattieri, Catedrático de Ingeniería Civil y Becario de la Facultad Universitaria de Purdue University.

En investigaciones anteriores, el equipo demostró que el club dactyl es un compuesto multirregional hecho de quitina mineralizada, el mismo material que se encuentra en las conchas de insectos y crustáceos, dispuesto en una serie de estructuras únicas. El exterior del club, llamada región de impacto, sirve como duro, Recubrimiento resistente a las grietas que permite al camarón mantis infligir un daño increíble a su presa al transferir su impulso al impacto. El interior del club comprende dos regiones:la región periódica, una estructura absorbente de energía que disipa las grietas a lo largo de una serie de fibras largas helicoidales (en forma de espiral), y la región estriada. En el documento actual, Los investigadores muestran que la región estriada comprende una serie de fibras altamente alineadas que envuelven el palo y evitan que se expanda al impactar.

"Creemos que el papel de la región estriada reforzada con fibra en el club del smasher es muy similar a la venda que usan los boxeadores cuando pelean:comprimir el palo y evitar un agrietamiento catastrófico. Juntos, el impacto, regiones periódicas y estriadas forman un club de increíble fuerza, durabilidad y resistencia al impacto, "Dijo Kisailus.

Kisailus dijo que un elemento arquitectónico estriado similar se ve en el primo más antiguo del aplastador, el lancero, donde se cree que previene el largo, púas delgadas para que no se deformen durante los golpes penetrantes. La presencia de esta estructura en la lanza probablemente permitió el advenimiento del aplastador y su martillo biológico, una diversificación que coincidió con la aparición de presas de caparazón duro con defensas más sofisticadas. Curiosamente, también encontraron una estructura similar en la tibia de la mantis religiosa terrestre, sugiriendo que la biología ha utilizado este diseño para funciones similares.

También en el periódico, los investigadores descubrieron cómo el aplastador lleva a cabo ataques submarinos tan rápidos, que puede ocurrir a velocidades de hasta 23 metros por segundo. El perfil del club, junto con una región contigua llamada propodus, es un diseño de lágrima hidrodinámico que reduce la resistencia debido al arrastre. Debido a este diseño en forma de lágrima, la aceleración del palo es tan grande (mayor que una bala calibre 0.22) que corta el agua, creando cavitación (burbujas que implosionan) para producir un impacto secundario en la presa del camarón mantis.

"Curiosamente, Los cascos de ciclismo aerodinámicos y los palos de golf ya incorporan este diseño, sugiriendo que la naturaleza estaba un paso por delante de los humanos en el logro de estructuras de alto rendimiento. El mundo natural puede proporcionar muchas más señales de diseño que nos permitirán desarrollar materiales sintéticos de alto rendimiento. "Dijo Kisailus.