El pez aferrado del norte puede sostenerse con fuerza a áspero, Superficies viscosas. Crédito:Petra Ditsche
El pez cling del norte, del tamaño de un dedo, emplea una de las mejores ventosas del mundo. Un pequeño disco en su vientre puede adherirse a mojado, baboso, incluso superficies rugosas y aguanta hasta 230 veces su propio peso corporal.
Un equipo de la Universidad de Washington inspirado por la potencia de succión del pez se propuso desarrollar una ventosa artificial que toma prestado el diseño de la naturaleza. Su prototipo, descrito en un artículo publicado el 9 de septiembre en la revista Transacciones filosóficas de la Royal Society B , en realidad se desempeñó mejor que el pez clingfish.
"Me gusta decir la naturaleza siempre es lo mejor, "dijo la autora principal, Petra Ditsche, quien comenzó este trabajo como investigador postdoctoral en UW Friday Harbor Laboratories en la isla de San Juan. "En este caso, al considerar su fuerza de apego, nuestras ventosas son mejores ".
Las ventosas podrían ser útiles en una serie de industrias que requieren una fuerza de adherencia fuerte pero reversible en superficies rugosas o texturizadas. Estos podrían incluir el marcado de ballenas y otros animales marinos, colocando sensores en superficies acuáticas sucias u operando vehículos submarinos para limpiar los cascos de los barcos. Las aplicaciones en el diseño de carritos de ducha o en el procesamiento industrial son otros campos de aplicación interesantes para las ventosas bioinspiradas, dijeron los investigadores.
La clave para su avance con ventosa fue comprender cómo la succión natural del pez clingfish funciona de manera tan efectiva, especialmente en superficies rugosas que normalmente causan fallas en una ventosa fabricada.
La parte inferior de un pez espada, incluido el disco que es importante para agarrar superficies rugosas. Crédito:Petra Ditsche
Los pececillos tienen un disco en el vientre que les permite agarrarse con gran tenacidad. El borde del disco está cubierto con capas de micro-tamaño, estructuras parecidas a pelos, en muchos tamaños diferentes. Este efecto de capas crea más fricción a lo largo del borde y ayuda a que el pescado se adhiera a superficies rugosas. Todo el disco es flexible y elástico, lo que le permite adaptarse y aferrarse a lo grueso, superficies desiguales.
"Estos peces son tan evocadores en lo que pueden hacer. Pueden adherirse a rocas irregulares cubiertas de algas, y no puedes comprar algo que se adhiera reversiblemente a esas rocas, "dijo el coautor Adam Summers, profesor de biología y ciencias acuáticas y pesqueras en Friday Harbor Labs. "Una gran cantidad de experimentación y escepticismo finalmente nos llevó a comprender cómo funcionaba".
Hay alrededor de 110 especies conocidas en la familia de los peces cling que se encuentran en todo el mundo. La población alrededor de las Islas San Juan es robusta y saludable. A menudo se aferran a las rocas cerca de la orilla, y durante la marea baja se pueden ver en los charcos de la marea y debajo de las rocas.
Muchos animales marinos pueden adherirse fuertemente a las superficies submarinas:estrellas de mar, mejillones y anémonas, por nombrar algunos, pero pocos pueden liberarse tan rápido como el pez particularmente después de generar tanto poder de adherencia.
Después de más de cinco años descifrando cómo funcionan las ventosas de pez, los investigadores comenzaron a construir su propio prototipo, tomando prestado de las innovaciones de la naturaleza.
Un prototipo de ventosa pegado a una superficie rugosa. El diseño del equipo se inspiró en el pez cling. Crédito:Petra Ditsche
El equipo descubrió después de años de pruebas de laboratorio que la combinación de diferentes materiales ayudó a dar a las ventosas artificiales una estructura rígida que era lo suficientemente fuerte como para mantener la tensión. mientras que también es lo suficientemente suave y flexible para adaptarse y adherirse a superficies rugosas. También encontraron una forma de aumentar la fricción en el borde de la taza.
"Esta combinación de todos estos aspectos diferentes finalmente nos dio buenos resultados y nos permitió realmente construir una ventosa que es capaz de adherirse fuertemente a superficies rugosas, "Dijo Ditsche.
Los investigadores probaron varias iteraciones de su diseño de ventosa pegándolas a un espectro de superficies rugosas y lisas. luego tirando hasta que cada taza fallara usando una máquina de prueba. Hicieron las mismas pruebas usando el disco de succión natural de pez. Cada vez, la copa artificial más avanzada superó a la succión de pez en todas las superficies.
El prototipo está listo para pasar al siguiente paso, idealmente en colaboración con ingenieros que podrían seguir desarrollando el concepto con productos y aplicaciones específicos en mente, Dijo Ditsche. Dependiendo de cómo se utilicen las tazas, factores como la temperatura y la exposición al sol pueden requerir un ajuste fino del diseño.
"Hay una comprensión de cómo funciona algo. Y luego hay una comprensión de cómo funciona tan bien que realmente puedes hacer una. La biología no siempre te da esa oportunidad, ", Dijo Summers." Esta es una situación realmente inusual, donde cuando miramos de cerca a lo largo del tiempo, nos dimos cuenta de que podíamos imitar lo que vimos ".
