Imagen de microscopía electrónica de barrido (SEM) de las bases del pretarsiano (es decir, en la parte inferior de la pierna) pelos adhesivos. (A) A la izquierda están los tallos de los pelos adhesivos más cercanos al exoesqueleto. En su inserción, el tallo del cabello se vuelve más delgado y una estructura en forma de tapón en el exoesqueleto se encuentra y se adhiere a él. (b) Mayor aumento de la misma región:el asterisco marca el punto de pivote donde los pelos pueden doblarse hacia arriba. Distal vs. proximal aquí significa lejos vs. hacia la garra en la punta de la pierna. Crédito:B Poerschke, SN Gorb y F Schaber
¿Cómo caminan las arañas hacia arriba, e incluso boca abajo, sobre tantos tipos diferentes de superficies? Responder a esta pregunta podría abrir nuevas oportunidades para crear poderosos, pero reversible, adhesivos bioinspirados. Los científicos han estado trabajando para comprender mejor las patas de araña durante las últimas décadas. Ahora, un nuevo estudio en Fronteras en ingeniería mecánica es el primero en mostrar que las características de las estructuras similares a pelos que forman los pies adhesivos de una especie:la araña errante Cupiennius salei —Son más variables de lo que se pensaba.
"Cuando comenzamos los experimentos, esperábamos encontrar un ángulo específico de mejor adhesión y propiedades adhesivas similares para todos los pelos de fijación individuales, "dice el líder del grupo del estudio, Dr. Clemens Schaber de la Universidad de Kiel en Alemania. "Pero sorprendentemente, las fuerzas de adhesión diferían en gran medida entre los pelos individuales, p.ej. un cabello se adhirió mejor en un ángulo bajo con el sustrato mientras que el otro se comportó mejor cerca de la perpendicular ".
Los pies de esta especie de araña están formados por cerca de 2, 400 pelos diminutos o 'setas' (una centésima parte de un milímetro de grosor). Schaber, y sus colegas Bastian Poerschke y Stanislav Gorb, recogió una muestra de estos pelos y luego midió qué tan bien se pegaban a una variedad de superficies rugosas y lisas, incluido el vidrio. También observaron qué tan bien se desempeñaban los pelos en varios ángulos de contacto.
Diferentes tipos de cabello trabajan juntos
Inesperadamente, cada cabello mostró propiedades adhesivas únicas. Cuando el equipo miró los pelos con un microscopio potente, También encontraron que cada uno mostraba arreglos estructurales claramente diferentes —y previamente desconocidos—. El equipo cree que esta variedad puede ser clave para que las arañas puedan trepar a tantos tipos de superficies.
Imágenes SEM de la microestructura de los pelos adhesivos ('setas'). (A) Vista lateral que muestra el tallo del cabello de hasta 1,8 mm de largo (no se muestra en toda su longitud) y la región de la punta cubierta con 'microtrichia' (diminutas estructuras similares a pelos en los pelos propiamente dichos). (B) Vista superior de la 'almohadilla de la escápula' (un denso mechón de pelos) en la parte inferior del pretarso. Cubriendo la región de la punta de los pelos hay microtrichia en forma de espátula, que se adhieren al sustrato al caminar. (C) Imagen de mayor aumento de la microtriquia en forma de espátula. Crédito:B Poerschke, SN Gorb y F Schaber
Este trabajo actual estudió solo una pequeña cantidad de los miles de pelos en cada pie, y está más allá del alcance de los recursos existentes considerar estudiarlos todos. Pero el equipo espera que no todos los pelos sean únicos, y que podría ser posible encontrar grupos o patrones repetidos en su lugar.
(A) Superficie orientada hacia abajo del mechón de pelos alrededor de las garras del pretarso (los asteriscos blancos marcan los dos lóbulos del mechón de pelo), que consta de miles de pelos densamente empaquetados. Las flechas denotan las dos garras. (B) Vista lateral del mechón de pelo en el pretarso pegado a un portaobjetos de vidrio. (C) Vista ampliada del rectángulo en el segundo panel. Observe cómo se han doblado las puntas de los pelos. Crédito:B Poerschke, SN Gorb y F Schaber
Posibles aplicaciones bioinspiradas
"Aunque todavía es muy difícil fabricar nanoestructuras como las de la araña, y especialmente para lograr la estabilidad y confiabilidad de los materiales naturales, nuestros hallazgos pueden optimizar aún más los modelos existentes para adhesivos artificiales reversibles y sin residuos, ", dice Schaber." El principio de diferentes formas y alineaciones de los contactos adhesivos que se encuentran en el sistema de fijación de la araña puede mejorar la capacidad de fijación de los materiales bioinspirados a una amplia gama de sustratos con diferentes propiedades ".
