(a) Esta es una ballena con barbas y sus barbas; (b) placa de barbas y un esquema que muestra la orientación; (c) micro-TC e imágenes ópticas de barbas en sección transversal; (d) la médula hueca alineada longitudinalmente; (e) micrografías ópticas en las regiones de la punta después de ensayos de tenacidad a la fractura en cargas transversales y longitudinales; (f) modelo estructural de placa de barbas, con uno impreso en 3D; (g) modelos estructurales I, II, III y IV con el correspondiente comportamiento compresivo probado a una tasa de carga de 0,28 s-1. Crédito:SIAT
Los científicos chinos que trabajan con otros investigadores han descubierto por primera vez los mecanismos subyacentes de la estructura jerárquica de las barbas de ballena. con miras al desarrollo de materiales de ingeniería avanzada. En una publicación reciente, El Dr. Bin Wang de los Institutos de Tecnología Avanzada de Shenzhen de la Academia de Ciencias de China y colaboradores estadounidenses han revelado cómo los mecanismos subyacentes de la estructura jerárquica de las barbas contribuyen a su comportamiento de fractura único.
El océano posee una gran cantidad de organismos que prosperan a través de ingeniosas estrategias, proporcionando así una gran cantidad de inspiración para la innovación. Las ballenas barbadas son particularmente notables debido a las muchas propiedades importantes de sus características barbadas, el aparato de alimentación por filtración dentro de la cavidad bucal de los mysticetes (ballenas barbadas). Consiste en una serie de placas paralelas suspendidas del paladar a ambos lados de la boca y es el material más mineralizado de las queratinas. Baleen permite una alimentación eficiente de grandes cantidades de zooplancton pequeño. Este mecanismo de filtrado ha permitido a los misticetos evolucionar hasta convertirse en las criaturas vivientes más grandes de la tierra.
Tomando el lugar de los dientes barbas soporta toda una vida de fuerzas generadas por el flujo de agua y la presa sin fracturarse. En efecto, tenacidad a la fractura, que mide la integridad estructural para un funcionamiento confiable, es una propiedad de material crucial para barbas, así como para materiales utilizados en aplicaciones marinas. Aunque raramente estudiado, Se sabe desde hace mucho tiempo que barbas es fuerte y flexible. Fue un material popular utilizado en corsés de los siglos XI al XX y se ha utilizado en la cestería de los nativos de Alaska.
La investigación realizada por el profesor Wang y sus colegas muestra que la estructura a nanoescala de los filamentos intermedios de las barbas y los cristales minerales, que están incrustados en una matriz amorfa, aumenta su rigidez y resistencia. Es más, las laminillas tubulares de microescala controlan la dirección de propagación de la grieta en caso de fractura, y pandeo y cizallamiento bajo compresión. Además, La estructura tubular sándwich de Baleen aumenta la rigidez y la resistencia a la flexión con un ahorro de peso favorable.
"Baleen tiene una tenacidad altamente anisotrópica, ", dijo el profesor Meyers." En la dirección longitudinal, las grietas se propagan con facilidad, conduciendo a una delaminación deseable, raedura, y formación de cerdas, necesario para la acción filtrante, mientras que en la dirección transversal, la propagación de grietas es resistida por la estructura tubular, proporcionando la resistencia requerida al flujo de agua y al impacto de la presa ".
Experimentos cuasiestáticos y dinámicos, que apoyan el comportamiento de fractura anisotrópica de las barbas, mostró una transición de dúctil a frágil, con una tasa de deformación que aumenta en estado seco pero ausente en estado hidratado.
El análisis relacionado que incorpora el efecto plastificante del agua y el endurecimiento de la velocidad de deformación proporcionó nueva información sobre el comportamiento de las barbas bajo factores competitivos de hidratación y carga dinámica. que es una consideración clave para el diseño de nuevos materiales de ingeniería para el medio marino.
El profesor Wang dijo que es "asombroso y emocionante" estudiar las barbas desde la perspectiva de la ingeniería de materiales. Wang enfatizó que los nuevos hallazgos en el diseño de materiales relacionados con las barbas pueden ayudar a lograr el "objetivo final" de desarrollar materiales de ingeniería avanzada.
