Rasgos característicos de la capa de semilla de Portulaca oleracea , una suculenta anual conocida comúnmente como verdolaga o verdolaga. A) Fotografía del Flor de P. oleracea , B) Fotografía de las diminutas semillas negras de P. oleracea , C) Imagen SEM del P. oleracea Cubierta de semilla, D) un área ampliada de la capa de semilla de P. oleracea . Crédito:UNH
Inspirado en elementos que se encuentran en la naturaleza, investigadores de la Universidad de New Hampshire dicen que la estructura ondulada en forma de rompecabezas de la delicada capa de la semilla, se encuentra en plantas como suculentas y algunas hierbas, podría contener el secreto para crear nuevos materiales inteligentes lo suficientemente fuertes como para ser utilizados en elementos como armaduras corporales, pantallas, y paneles de aviones.
"La función principal de la cubierta de la semilla es proteger la semilla, pero también debe ablandarse para permitir que la semilla germine, por lo que la propiedad mecánica cambia, "dijo Yaning Li, profesor asociado de ingeniería mecánica. "Al aprender de la naturaleza, puede ser posible adaptar la geometría y crear la arquitectura para un material inteligente que se puede programar para amplificar la resistencia y la tenacidad, pero también ser flexible y tener muchas aplicaciones diferentes".
Los bloques de construcción de la cubierta de la semilla son células epidérmicas en forma de estrella que se mueven mediante uniones intercelulares en zigzag para formar un compacto, exterior de baldosas que protege la semilla en el interior de daños mecánicos y otras tensiones ambientales, como la sequía, congelación, e infección bacteriana. Para comprender mejor la relación entre los atributos estructurales y las funciones de la microestructura única de la cubierta de la semilla, Los prototipos se diseñaron y fabricaron utilizando impresión 3D de múltiples materiales, y se realizaron experimentos mecánicos y simulaciones de elementos finitos en los modelos.
"Imagina una ventana, o el exterior de un avión, que es muy fuerte pero no frágil, ", dijo Li." Ese mismo concepto podría crear material inteligente que podría adaptarse para comportarse de manera diferente en diferentes situaciones, ya sea una armadura corporal más flexible que todavía es protectora u otro material similar ".
Los resultados, publicado en la revista Materiales avanzados , muestran que la ondulación de las estructuras de mosaico en forma de mosaico de la cubierta de la semilla, llamados teselados suturales, juega un papel clave en la determinación de la respuesta mecánica. Generalmente, cuanto más ondulado es, Cuanto más puedan transitar las cargas aplicadas de la interfaz ondulada suave a la fase dura, y por lo tanto se pueden incrementar simultáneamente tanto la resistencia como la tenacidad.
Los investigadores dicen que los principios de diseño descritos muestran un enfoque prometedor para aumentar el rendimiento mecánico de los compuestos en mosaico de materiales artificiales. Dado que las propiedades mecánicas generales de los prototipos podrían ajustarse en un rango muy amplio simplemente variando la ondulación de las estructuras en forma de mosaico, creen que puede proporcionar una hoja de ruta para el desarrollo de nuevos compuestos graduados funcionalmente que podrían usarse en protección, así como la absorción y disipación de energía. Hay una patente pendiente que ha sido presentada por UNHInnovation, que aboga por, gestiona, y promueve la propiedad intelectual de UNH.
