EL ESCARABAJO ACORAZADO. UN INSECTO FORMIDABLE
El diabólico escarabajo acorazado de California es un insecto formidable. Aves, lagartos y roedores intentan comérselo con frecuencia, pero rara vez lo consiguen. Un coche le pasa por encima y la criatura sigue viva. Desde luego, hace honor a su ostentoso nombre.
La supervivencia del escarabajo depende de dos factores clave: su capacidad para hacerse el muerto de manera convincente y un exoesqueleto que es una de las estructuras más duras y resistentes al aplastamiento que se sabe que existen en el mundo biológico.
En un artículo publicado en la revista «Nature», investigadores de las universidades estadounidenses de Purdue y California Irvine (UCI) revelan los componentes del extraordinario material, y sus planos a nano y microescala, que hacen que el organismo sea tan indestructible, al tiempo que demuestran cómo los ingenieros pueden beneficiarse de estos diseños para, por ejemplo, construir aviones más resistentes.
«El escarabajo acorazado es terrestre, por lo que no es liviano ni rápido, sino que está construido más como un pequeño tanque», afirma David Kisailus, profesor de ciencia e ingeniería de materiales de la UCI. «Esa es su adaptación: no puede volar, así que simplemente se queda quieto y deja que su armadura especialmente diseñada reciba el abuso hasta que el depredador se rinde», explica.
En su hábitat desértico en el suroeste de EE.UU., este insecto se puede encontrar debajo de las rocas y en los árboles, apretado entre la corteza y el tronco, otra razón por la que necesita tener un exterior duradero.
Los investigadores realizaron una serie de experimentos y descubrieron que el diabólico escarabajo acorazado puede soportar una fuerza de aproximadamente 39.000 veces su peso corporal. Un hombre de 90 kilos tendría que soportar el aplastante peso de 4 millones de kilos para igualar esta hazaña.
A través de distintas evaluaciones microscópicas y espectroscópicas de alta resolución, el equipo se dio cuenta de que el secreto de esa extraordinaria capacidad radica en la composición material y la arquitectura del exoesqueleto del escarabajo, específicamente, sus élitros.
En los escarabajos aéreos, los élitros son las hojas de las alas delanteras que se abren y cierran para proteger las alas de vuelo de las bacterias, la desecación y otras fuentes de daño. En este caso, los élitros del escarabajo acorazado han evolucionado para convertirse en un escudo protector sólido.
El análisis mostró que los élitros constan de capas de quitina, un material fibroso y una matriz proteica. En colaboración con un grupo de la Universidad de Agricultura y Tecnología de Tokio, examinaron la composición química del exoesqueleto de un escarabajo volador más ligero y la compararon con la de uno terrestre.
La capa exterior del escarabajo acorazado tiene una concentración significativamente más alta de proteína, aproximadamente un 10 por ciento más en peso, que los investigadores sugieren que contribuye a la mayor dureza de los élitros.
El equipo también investigó la geometría de la sutura medial que une las dos partes de los élitros y descubrió que se parece mucho a las piezas entrelazadas de un rompecabezas.
En un experimento dentro de un microscopio electrónico para observar cómo funcionan estas conexiones bajo compresión, similar a cómo podrían responder en la naturaleza, observaron que esas piezas no se rompen por el cuello, la parte más delgada, como cabría esperar en un rompecabezas, sino que se separan en capas lentamente.
Los investigadores emplearon técnicas de impresión 3D para crear sus propias estructuras del mismo diseño. Hicieron pruebas que revelaron que la disposición proporciona la máxima resistencia y durabilidad.
De esta forma, fabricaron materiales compuestos avanzados reforzados con fibra basados en estas características, y prevé el desarrollo de nuevas formas de fusionar segmentos de aeronaves sin el uso de remaches y sujetadores tradicionales.
Los científicos encontraron que la estructura inspirada en el escarabajo era más fuerte y resistente que los sujetadores de ingeniería actuales en las turbinas de gas de los aviones, que agregan peso e introducen tensiones que podrían provocar fracturas y corrosión.
«Este trabajo muestra que podemos pasar del uso de materiales fuertes y frágiles a otros que pueden ser fuertes y duros al disipar la energía cuando se rompen. Eso es lo que la naturaleza ha permitido que haga el diabólico escarabajo acorazado», dice Pablo Zavattieri, investigador en Purdue
