En su publicación más reciente en las Proceedings of the National Academy of Sciences , Wagner y sus coautores de la Universidad de Colorado investigaron cómo respondían las balsas de las hormigas bravas a la carga mecánica cuando se estiraban, y compararon la respuesta de estas balsas con polímeros dinámicos y autorreparables.

"Muchos polímeros se mantienen unidos mediante enlaces dinámicos que se rompen, pero que pueden reformarse", dijo Wagner. "Cuando se tiran con suficiente lentitud, estos enlaces tienen tiempo de reestructurar el material para que, en lugar de fracturarse, fluya como la baba con la que juegan nuestros niños o el helado suave. Sin embargo, cuando se tira muy rápido, se rompe más como tiza. . Dado que las balsas se mantienen unidas gracias a las hormigas que se aferran unas a otras, sus vínculos pueden romperse y reformarse. Entonces, mis colegas y yo pensamos que harían lo mismo."

Pero Wagner y sus colaboradores descubrieron que no importaba la velocidad a la que arrastraban las balsas de hormigas, su respuesta mecánica era casi la misma y nunca fluían. Wagner especula que las hormigas aprietan y prolongan reflexivamente sus agarres cuando sienten fuerza porque quieren permanecer juntas. O rechazan o desactivan su comportamiento dinámico.

Este fenómeno de vínculos que se fortalecen cuando se les aplica fuerza se llama comportamiento de captura de vínculos y probablemente mejora la cohesión de la colonia, lo que tiene sentido para la supervivencia.

"A medida que tiras de los vínculos típicos con cierta cantidad de fuerza, se soltarán antes y su vida útil disminuye; estás debilitando el vínculo al tirar de él. Eso es lo que se ve en casi cualquier sistema pasivo. " dijo Wagner.

"Pero en los sistemas vivos, debido a su complejidad, a veces se pueden tener enlaces de captura que se mantienen durante períodos más prolongados bajo algún rango de fuerza aplicada. Algunas proteínas hacen esto de manera mecánica y automática, pero no es como si las proteínas estuvieran tomando una decisión. Simplemente están dispuestos de tal manera que cuando se aplica una fuerza, se revelan estos sitios de unión que se enganchan o 'atrapan'".

Wagner cree que imitar estos enlaces de captura en sistemas de ingeniería podría conducir a materiales artificiales que exhiban un autofortalecimiento autónomo y localizado en regiones de mayor tensión mecánica. Esto podría mejorar la vida útil de implantes biomédicos, adhesivos, compuestos de fibras, componentes robóticos blandos y muchos otros sistemas.

Las agregaciones colectivas de insectos, como las balsas de hormigas bravas, ya están inspirando a los investigadores a desarrollar materiales con propiedades y comportamientos mecánicos que responden a estímulos. Un artículo en Naturaleza Materiales A principios de este año, dirigido por el Ware Responsive Biomaterials Lab de Texas A&M e incluyendo contribuciones de Wagner y su ex asesor de tesis, el profesor Franck J. Vernerey, demuestra cómo las cintas hechas de geles o materiales especiales llamados elastómeros de cristal líquido pueden enrollarse debido al calentamiento. y luego se enredan entre sí para formar estructuras condensadas y sólidas que se inspiraron en estas hormigas

"Una progresión natural de este trabajo es responder cómo podemos lograr que las interacciones entre estas cintas u otros bloques de construcción blandos se 'atrapen' bajo carga como lo hacen las hormigas bravas y algunas interacciones biomoleculares", dijo Wagner.

Más información: Robert J. Wagner et al, La cinética de los enlaces de captura es fundamental para la cohesión de balsas de hormigas bravas bajo carga, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2024). DOI:10.1073/pnas.2314772121

Información de la revista: Actas de la Academia Nacional de Ciencias , Materiales naturales

Proporcionado por la Universidad de Binghamton