El pez Arapaima que puede sobrevivir a las mordeduras de las Pirañas, ahora, inspira a los Bioingenieros.

Piraña

Es un duelo digno de una película vista por la noche: ponen en una escuela a unas pirañas hambrientas y a un pez Arapaima de 300 libras juntos, y ¿cual es el pez que sale ganador?.

La respuesta la da el secreto del paz Arapaima con su intrincado diseño de piel en capas, que podría proporcionar una “Bioinspiracción” a los ingenieros que buscan desarrollar cerámicas flexibles y resistentes.

Arapaima

La inspiración para este estudio provino de una expedición en la cuenca del Amazonas por parte de Marc Meyers, profesor de la Escuela Jacobs de Ingeniería de la Universidad de California en San Diego, que realizó años atrás. El profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial de inmediato se preguntó como la armadura de escamas lograba la protección del Arapaima contra las pirañas. ¿Cómo podría vivir en lagos infestados de pirañas, donde ningún otro animal podría sobrevivir? Meyers y sus colegas realizaron un experimento de laboratorio que enfrenta a la piraña contra la arapaima mediante el uso de una máquina que se asemeja a un golpe de fuerza industrial. 

Los dientes de piraña se adjunta a la parte superior del “punch”, que fue presionado contra las escamas protectoras de Arapaima incrustadas en una superficie de goma blanda (que imita el músculo subyacente suave en el pescado) en la parte inferior del “punch”. Los dientes pueden penetrar parcialmente la escamas protectoras, pero se rompen antes de que puedan perforar el músculo, Meyers y sus colegas lo demuestran en la revista Biomateriales Avanzados . 

 Las escamas protectoras de Arapaima combinan una capa externa muy mineralizada, con un diseño interno que ayuda a resistir a las escamas de la maquinilla de afeitar -similar a la mordida de piraña. La mezcla de materiales es similar a la del esmalte duro del diente depositado sobre la dentina más suave, dijo Meyers, que también enseña nanoingeniería de la Escuela Jacobs de Ingeniería “A menudo encontramos esto en la naturaleza, donde usted tiene algo duro en el exterior, pero capas algo más suaves que le dan dureza “. Es una combinación que a los ingenieros les gustaría reproducir para aplicaciones tales como chalecos antibalas de los soldados, que debe ser a la vez resistente y flexible. Otras aplicaciones pueden incluir las pilas de combustible, el aislamiento y diseños aeroespaciales. 

Meyers es un experto en la biomimética, el estudio de los materiales naturales de los organismos vivos y los procesos que los producen. Él dice que los ingenieros están llevando a cabo la biomimética, porque “estamos golpeando una pared, por decirlo así” con los materiales convencionales y síntesis. “Hemos utilizado nuestro ingenio al máximo, pero una manera de superar esto es mirar a la naturaleza”, sugirió Meyers. “Los materiales que la naturaleza tiene a su disposición no son muy fuertes, pero la naturaleza los combina de una manera muy ingeniosa para producir componentes fuertes y diseños fuertes”. El Arapaima de escamas tienen una capa exterior altamente mineralizada, y una capa interna de fibras de colágeno apilados en una “madera” para la formación de la dureza máxima. Lecciones de la escala del Arapaima 

Piraña

En el caso de la Arapaima , las escamas ingeniosamente son diseñadas para servir de paz mediante la fuerza, lo que les permite coexistir con las pirañas cuando los dos se hacinan en los lagos de la cuenca amazónica durante la estación seca de la región. Los experimentos con el Arapaima , algunos de los cuales fueron publicados también en El Diario del comportamiento mecánico de materiales biomédicos , sugieren algunas lecciones para la bio-inspirados ingenieros: Mezcla : La combinación de materiales duros y blandos, los investigadores señalan, da a las escamas varias maneras para repeler la mordedura. Las escamas se superponen como las tejas de los peces, y cada escamas tiene una “capa mineralizada muy fuerte en la parte superior de la misma”, dijo Meyers. 

Por debajo, cada escama está compuesta por fibras de colágeno mucho más suaves apilados en direcciones alternas, como una pila de madera contrachapada. La superficie externa es el doble que la capa interna, dando a los peces una capa densa de armadura. Al mismo tiempo, la estructura de la capa interna presta tenacidad a la escama. “A medida que la pila de capas de fibras de esta manera”, explicó Meyers, “que tienen diferentes orientaciones, lo que da la fuerza que es la misma en todas las direcciones.” La textura es fundamental: Las personas que viven en la Amazonia a veces usan los camellones de escamas de Arapaima (que puede ser cerca de cuatro pulgadas de longitud) como las limas para uñas. 

La superficie corrugada mantiene la superficie de las escalas de espesor mineralizada intacta, mientras que el pescado se flexiona, ya que nada. Las superficies cerámicas de espesor constante son tensas cuando son forzadas a seguir una superficie curva, pero las ondulaciones permiten que las escamas “sean dobladas más fácilmente sin agrietarse”, dijo Meyers. La libertad para moverse: Las ondulaciones, la capa interna suave pero resistente y la hidratación de las escamas, todo ello contribuye a su capacidad para flexionar sin dejar de ser fuerte. 

Es una solución de ingeniería que permite a los peces mantener su movilidad, mientras que con armadura pesada, y también permite que las escalas se puedan doblar y deformar considerablemente antes de romperse. ¿Qué sigue? Desde la concha de abulón al pico del tucán, dijo Meyers, el mundo natural está repleto de inspiración para el siglo 21 ª de materiales científicos. 

Uno de sus próximos proyectos incluirá las escalas del pejelagarto, un pez enorme de América del Sur cuyas escamas fueron utilizadas por los nativos americanos, como puntas de flecha. Recientemente ha recibido algunas muestras de Louisiana artista Ulery Dianne, que hace joyas de color marfil, y punta de flecha en forma de escamas. Los estudiantes en su laboratorio también están trabajando en conchas de abulón y muestras de piel de tortuga baula obtenido del Museo de Historia Nacional en San Diego, entre otras especies. 

En algunos aspectos, el campo de la biomimética es una vuelta a los orígenes de la manufactura, Meyers ha sugerido, cuando los primeros seres humanos construyeron cosas de cuero, hueso y madera. “Hemos producido materiales con un rendimiento mucho más alto, pero estamos llegando al límite con los materiales sintéticos”, señaló. “Ahora estamos mirando hacia atrás en los materiales naturales y preguntando, ‘¿cómo la naturaleza puede poner a estas cosas juntas?” 

Cuando él no está llevando a cabo la investigación o la enseñanza, Meyers también es un autor de ficción de éxito. Ha publicado dos novelas hasta ahora, “Maya de Marte” y “Jihad en Chechenia”. En la actualidad está en busca de un editor para su tercera obra de ficción, que se lleva a cabo en la Amazonía. Las pirañas se presentan en este trabajo de una manera espectacular, dijo. Los investigadores también cuentan con YS Lin Wei Chen TC y PY en la Escuela Jacobs de Ingeniería y EA Olevsky en San Diego State University. La financiación fue proporcionada por el Programa Nacional de Ciencias de la Fundación DMR Biomateriales. 

FUENTE: UC SAN DIEGO 

vía/ Universitam

Gran ejemplar de Arapaima