En la edición de este mes de Mundo de la física , un grupo de físicos describe cómo las estructuras únicas en el mundo natural están inspirando a los científicos a desarrollar nuevos tipos de materiales con propiedades sin precedentes.

Desde cinta adhesiva inspirada en los dedos de los pies de los geckoes hasta una posible capa resistente a los defectos de aviones inspirada en la madreperla, el atractivo se centra en un concepto:el diseño jerárquico.

Cuando los materiales tienen un diseño jerárquico, la estructura general se compone de niveles mucho más pequeños, o generaciones, de estructuras que cuando se ensamblan exhiben propiedades extraordinarias.

Por ejemplo, la capacidad de las lagartijas para subir paredes verticales y techos se debe al diseño jerárquico de pequeñas fibras en los dedos de los pies. Cada dedo tiene una almohadilla con fibras peludas que sobresalen de él y que repetidamente se dividen en pelos cada vez más finos con dimensiones hasta la nanoescala.

Esta división repetida aumenta la superficie de los dedos de los pies considerablemente y ayuda a fijar el dedo del pie del gecko a una superficie.

Antes de que se descubrieran estas estructuras naturales, sin embargo, los arquitectos estaban utilizando este enfoque jerárquico para diseñar algunos de los edificios y estructuras más famosos que aún se mantienen en pie.

Quizás el ejemplo más famoso sea la Torre Eiffel, que se compone predominantemente de pequeñas vigas que se combinan para formar vigas más grandes, que se combinan de nuevo para crear vigas aún más grandes, y así sucesivamente durante un total de tres generaciones estructurales.

La Torre Eiffel fue construida para la Exposición Universal de 1889 y los planos de diseño de Gustav Eiffel significaron que cuando llegó la construcción, Los materiales se utilizaron con moderación. De hecho, Si fundiera todo el hierro de la torre en un bloque sólido con un área de base igual a la de la torre, el bloque solo estaría a 6 cm del suelo.

Más de 100 años después, Los científicos e ingenieros ahora están buscando la forma más eficiente de utilizar este enfoque jerárquico para crear materiales exóticos hechos por el hombre llamados metamateriales.

En este articulo, Daniel Rayneau-Kirkope, de la Universidad Aalto, Yong Mao, de la Universidad de Nottingham, y Robert Farr, del Instituto de Ciencias Matemáticas de Londres, Explique cómo se pueden optimizar estos tipos de estructuras al comprender la relación precisa entre estructura y función.

Las tecnologías necesarias para realizar estos complejos diseños están progresando a buen ritmo. Algunos investigadores están tratando de desarrollar un proceso a escala industrial para construir materiales que imiten al nácar, también conocido como nácar.

El nácar es un material increíblemente fuerte que algunos moluscos producen como caparazón interno; también constituye el revestimiento exterior de las perlas y tiene una resistencia a la fractura 3000 veces mayor que la de los cristales.

"Al comenzar con materiales que la naturaleza no usa con fines estructurales, Existe la posibilidad de que las propiedades ventajosas del nácar y otros ejemplos de diseño jerárquico natural puedan ser incluso superadas por compuestos artificiales, "escriben los investigadores.