Foto AP/Peter Prengaman; Foto AP/David J. Phillip
Los científicos del Instituto Weizmann examinaron la estructura del caparazón de un escorpión y el esqueleto interno de una esponja y propusieron un nuevo método para crear materiales ligeros, flexibles y resistentes. En primer lugar, estos materiales son necesarios para la aviación.
La naturaleza lleva mucho más tiempo que los humanos “trabajando” en el problema de la estabilidad óptima de los materiales y ha logrado mucho. Los investigadores del Instituto Weizmann tuvieron esto en cuenta y trataron de descubrir cómo organismos antiguos como los escorpiones y las esponjas lograban el equilibrio óptimo entre fuerza y flexibilidad.
Los materiales que la gente crea suelen ser homogéneos. No se diferencian al cambiar de profundidad y mantienen una estructura que se repite en todo el volumen. Esto se debe principalmente al hecho de que dichos materiales son más fáciles de producir. Se fabrica una masa homogénea, por ejemplo, de metal o plástico fundido, y luego se funde o moldea de una forma u otra. Es rápido, conveniente y… no óptimo. Por ejemplo, para lograr una mayor resistencia, el material se hace más grueso y, por lo tanto, más pesado. Hay otra desventaja de este enfoque: las grietas. Cuanto más resistente es el material, más frágil es y las grietas se extienden por toda su profundidad. Y el material flexible, por regla general, no es tan duradero.
Los coautores del estudio, el profesor Daniel Wagner y el Dr. Israel Greenfeld del Instituto Weizmann de Ciencias, en un artículo publicado en la revista Scientific Reports, observaron más de cerca cómo la capa exterior, o cutícula, de un escorpión y el esqueleto interno, o Se forman espículas, de una esponja marina.
Está claro que estos materiales crecen de abajo hacia arriba y no se moldean de arriba hacia abajo, como suele hacer la gente. Y esta formación natural del material conduce a soluciones que proporcionan un equilibrio excepcionalmente fino entre flexibilidad y resistencia.
El material del caparazón de un escorpión tiene una estructura en capas, y las diferentes capas tienen diferentes proporciones de flexibilidad y resistencia. Las capas exteriores del caparazón son más fuertes y frágiles, mientras que las capas interiores son más flexibles y suaves. Las características cambian a lo largo de un gradiente de profundidad, y esto le da a la carcasa el equilibrio necesario entre flexibilidad y resistencia. Además, bajo presión externa, la grieta no profundiza, sino que se “dirige” a lo largo de la capa. Esto tiene un efecto importante: la cáscara se “descascara” en lugar de agrietarse.
Con una estructura de este tipo, es suficiente un material fino y ligero para conseguir muy buenas características de resistencia. Los científicos creen que si utilizamos una idea básica extraída de los escorpiones y las esponjas, podemos fabricar artificialmente materiales mucho más fuertes que los que se encuentran en la naturaleza.
Lo primero que pensaron los investigadores fue en materiales para la aviación, donde tanto el peso como la resistencia desempeñan un papel fundamental.