Descubren el material natural más fuerte conocido

Los dientes de las lapas podrían ser el material natural más fuerte conocido por el hombre, según un nuevo estudio.

Investigadores de la Universidad de Portsmouth (Reino Unido) han descubierto que las lapas -pequeñas criaturas acuáticas parecidas a los caracoles con conchas cónicas- tienen dientes con estructuras biológicas tan fuertes que podrían ser copiadas para hacer coches, barcos y aviones en el futuro.

El estudio examinó el comportamiento mecánico a pequeña escala de los dientes de las lapas utilizando microscopía de fuerza atómica, un método utilizado para analizar materiales hasta el nivel atómico.

El profesor Asa Barber, de la Escuela de Ingeniería de la Universidad, dirigió el estudio, y afirma en la nota de prensa : «La naturaleza es una maravillosa fuente de inspiración para estructuras con excelentes propiedades mecánicas. Todas las cosas que observamos a nuestro alrededor, como los árboles, las conchas de las criaturas del mar y los dientes de las lapas estudiados en este trabajo, se han desarrollado para ser eficaces».

«Hasta ahora», continúa, «pensábamos que la seda de araña era el material biológico más fuerte debido a su super-fuerza y ​​a sus aplicaciones potenciales desde para los chalecos antibalas hasta para la electrónica de computadoras, pero ahora hemos descubierto que los dientes de las lapas muestran una fuerza potencialmente mayor.»

Barber descubrió que los dientes contienen un duro mineral conocido como goethita (por Goethe), que se forma en la lapa a medida que ésta crece. «Las lapas necesitan dientes de alta resistencia para raspar superficies rocosas y recolectar algas para alimentarse cuando la marea está alta. Descubrimos que las fibras de goethita tienen el tamaño justo para formar una estructura compuesta resiliente».

«Este descubrimiento significa que las estructuras fibrosas que se encuentran en los dientes de las lapas podrían ser imitadas y utilizarse en aplicaciones de ingeniería de alto rendimiento como los coches de carreras de la fórmula 1, los cascos de los barcos y las estructuras de las aeronaves», señala. «Los ingenieros están siempre interesados ​​en hacer más fuertes estas estructuras para mejorar su rendimiento, o más ligeras para utilizar menos material.»

Sin importar el tamaño

La investigación también descubrió que los dientes de las lapas tienen la misma fuerza, sea cual sea su tamaño. «En general una estructura grande tiene un montón de defectos y puede romperse más fácilmente que una estructura más pequeña, que tiene menos defectos y es más fuerte. El problema es que la mayoría de las estructuras tienen que ser bastante grandes, por lo que son más débiles de lo que nos gustaría. Los dientes de las lapa rompen esta regla pues su fuerza es la misma sin importar el tamaño».

El material testado por Barber es casi 100 veces más delgado que el diámetro de un cabello humano, por lo que las técnicas usadas para romper una muestra no se han desarrollado hasta ahora mismo.

«Los métodos de prueba fueron importantes ya que necesitábamos romper el diente de lapa. El diente entero mide algo menos de un milímetro de largo, pero es curvo, por lo que la fuerza es dependiente tanto de la forma del diente como del material. Queríamos entender solamente la resistencia del material, así que tuvimos que cortar un volumen de material más pequeño.»

Encontrar diseños eficaces en la naturaleza y luego hacer estructuras basadas en estos diseños se conoce como bioinspiración. «La biología es una gran fuente de inspiración en el diseño de nuevas estructuras, pero con tantas estructuras biológicas a considerar, puede llevar tiempo descubrir cuál puede ser útil.» La investigación se publicó ayer en la revista Interface, de la Royal Society de Londres.

Referencia bibliográfica:

Asa H. Barber, Dun Lu, Nicola M. Pugno: Extreme strength observed in limpet teeth. Interface (2015). DOI: 10.1098/rsif.2014.1326.