Desvelan los secretos estructurales de las barbas de las ballenas

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barbas de una ballena

Su flexibilidad se aprovechó para fabricar corsés desde el siglo XI hasta el XX

Los científicos chinos que trabajan con otros investigadores han descubierto por primera vez los mecanismos subyacentes de la estructura jerárquica de las barbas de ballena, con el objetivo de desarrollar materiales de ingeniería avanzada. En una reciente publicación, el Dr. Bin Wang del Instituto Shenzhen de Tecnología Avanzada de la Academia de Ciencias de China y colaboradores estadounidenses revelaron cómo los mecanismos subyacentes de la estructura jerárquica de las barbas contribuyen a su comportamiento único de fractura.

El océano posee una cornucopia de organismos que prosperan a través de ingeniosas estrategias, proporcionando así una gran inspiración para la innovación. Las barbas de ballena son particularmente notables debido a las muchas importantes propiedades de su característico uso, el aparato de alimentación con filtro dentro de la cavidad oral de los misticetos (ballenas barbadas).

Consisten en una serie de placas paralelas suspendidas desde el paladar hacia ambos lados de la boca y es el material más mineralizado de las queratinas. Las barbas permiten una alimentación eficiente en grandes cantidades de pequeño zooplancton. Este mecanismo de filtrado ha permitido a los misticetos evolucionar hacia las criaturas vivientes más grandes de la tierra.

barbas de ballena en AlaskaTomando el lugar de los dientes, las barbas de ballena soportan sin fracturarse toda una vida de fuerzas generadas por el flujo de agua y las presas. De hecho, su tenacidad a la fractura, que mide la integridad estructural para un funcionamiento confiable, es una propiedad material crucial para las barbas así como para los materiales utilizados en aplicaciones marinas. Aunque rara vez se estudian, hace tiempo que se sabe que las barbas son fuertes y flexibles. Fue un popular material utilizado en los corsés desde el siglo XI hasta el siglo XX y se ha utilizado en la cestería nativa de Alaska.

La investigación realizada por el profesor Wang y sus colegas muestra que la estructura a nanoescala de los filamentos intermedios de las barbas y los cristales minerales incrustados en una matriz amorfa, aumentan su rigidez y resistencia. Además, las laminillas tubulares a microescala controlan la dirección de propagación de la grieta en caso de fractura, y se doblan y cortan bajo compresión. Además, la estructura tubular de sándwich de las barbas aumenta la rigidez y la resistencia a la flexión con un favorable ahorro de peso.

pruebas con las barbas de ballena"Las barbas de ballena tiene una dureza altamente anisotrópica", dijo el profesor Meyers. "En la dirección longitudinal, las grietas se propagan con facilidad, lo que lleva a una deslaminación, deshilachamiento y formación de cerdas deseables, necesarias para la acción de filtrado, mientras que en la dirección transversal, la propagación de grietas es resistida por la estructura tubular, proporcionando la resistencia requerida al flujo de agua y al impacto de las presas".

Los experimentos cuasi-estáticos y dinámicos, que apoyan el comportamiento de fractura anisotrópica de las barbas, mostraron una transición dúctil a frágil, con un aumento de la tasa de tensión en la condición seca pero ausente en la condición hidratada.

El análisis relacionado que incorpora el efecto de plastificación del agua y el refuerzo de la tasa de deformación proporcionó nueva información sobre el comportamiento de las barbas bajo factores competitivos de hidratación y carga dinámica, lo cual es una consideración clave para el diseño de nuevos materiales de ingeniería para el ambiente marino.

El profesor Wang dijo que es "asombroso y emocionante" estudiar las barbas de ballena desde una perspectiva de ingeniería de materiales. Wang enfatizó que los nuevos hallazgos en el diseño de materiales relacionados con las barbas pueden ayudar a lograr el "objetivo final" de desarrollar materiales de ingeniería avanzada.

Artículo científico: Lessons from the Ocean: Whale Baleen Fracture Resistance

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