Los escarabajos llevan un chaleco antibalas que debería pesarles, piense en los caballeros medievales y las tortugas. De hecho, esas duras conchas que protegen las delicadas alas son sorprendentemente ligeras, permitiendo incluso el vuelo.

Comprender mejor la estructura y las propiedades de los exoesqueletos de escarabajos podría ayudar a los científicos a diseñar un encendedor, materiales más fuertes. Tales materiales podrían, por ejemplo, Reducir el arrastre que consume mucha gasolina en vehículos y aviones y reducir el peso de la armadura, aligerando la carga para el caballero del siglo XXI.

Pero revelar la arquitectura del exoesqueleto a nanoescala ha resultado difícil. Ruiguo Yang de Nebraska, profesor asistente de ingeniería mecánica y de materiales, y sus colegas encontraron una forma de analizar la nanoestructura fibrosa. Sus hallazgos aparecieron recientemente en la portada de Materiales funcionales avanzados .

El exoesqueleto liviano está compuesto por fibras de quitina de aproximadamente 20 nanómetros de diámetro (un cabello humano mide aproximadamente 75, 000 nanómetros de diámetro) y empaquetados y apilados en capas que se retuercen en espiral, como una escalera de caracol. El pequeño diámetro y la torsión helicoidal, conocido como Bouligand, hacen que la estructura sea difícil de analizar.

Yang y su equipo desarrollaron un método para cortar la espiral para revelar una superficie de secciones transversales de fibras en diferentes orientaciones. Desde ese punto de vista, los investigadores pudieron analizar las propiedades mecánicas de las fibras con la ayuda de un microscopio de fuerza atómica. Este tipo de microscopio aplica una pequeña fuerza a una muestra de prueba, deforma la muestra y monitorea la respuesta de la muestra. Combinando el procedimiento experimental y el análisis teórico, los investigadores pudieron revelar la arquitectura a nanoescala del exoesqueleto y las propiedades materiales de las nanofibras.

Hicieron sus descubrimientos en el escarabajo figeater común, Cotinis mutabilis, un verde metálico nativo del oeste de los Estados Unidos. Pero la técnica se puede utilizar en otros escarabajos y criaturas de caparazón duro y también podría extenderse a materiales artificiales con estructuras fibrosas. Dijo Yang.

Comparando escarabajos con diferentes demandas en sus exoesqueletos, como defenderse de depredadores o daños ambientales, podría conducir a conocimientos evolutivos, así como a una mejor comprensión de la relación entre las características estructurales y sus propiedades.