La piel de tiburón es la envidia de los ingenieros que intentan maximizar la hidrodinámica
Pocas personas se han acercado lo suficiente a un tiburón para acariciarlo. Si pudieras pasar la mano desde la cabeza de un tiburón hasta su cola, no es que debas hacerlo, la sentirías suave, casi como gamuza. Invierte la dirección y es áspera como papel de lija.
Vista bajo un microscopio, la piel de tiburón está compuesta de draconianas escamas acanaladas superpuestas como tejas en un techo. Estas estructuras, llamadas dentículos dérmicos, se parecen más a los dientes que a la piel.
Hechas de dentina y esmalte, están inervadas y su patrón acanalado y en capas guía el agua a lo largo del lomo del tiburón, lo que reduce la fricción y el arrastre. La impresionante piel de los tiburones les ayuda a deslizarse por el agua, y algunas especies alcanzan velocidades de hasta 50 kilómetros por hora.
Los dentículos de tiburón son la envidia de los ingenieros. Para imitar la impresionante destreza hidrodinámica de los tiburones, los científicos de materiales han diseñado superficies inspiradas en tiburones para cascos de barcos, aviones, turbinas eólicas e incluso trajes de baño de alta gama, todo en un intento de maximizar la eficiencia.
Pero en un nuevo estudio, investigadores de la Universidad de Harvard en Massachusetts, dirigidos por la ictióloga Molly Gabler-Smith, compararon por primera vez materiales que intentan imitar la piel de tiburón con su piel real. Resulta que los materiales de ingeniería tienen un largo camino por recorrer.
Imagen: La piel de tiburón está hecha de diminutos y rígidos segmentos de dentina y esmalte texturizados superpuestos. La distintiva textura de la piel de tiburón les da a los tiburones una mayor eficiencia al moverse por el agua. Foto de David Fleetham
Anteriormente, los científicos examinaron los dentículos de los tiburones con un impresionante detalle utilizando microscopios electrónicos de barrido, una tecnología que puede tomar imágenes de estructuras de solo unos pocos nanómetros de ancho. Pero las imágenes que emiten los microscopios electrónicos de barrido son bidimensionales. Y si alguna vez has visto un automóvil en un túnel de viento, sabrás que cuando se trata de reducir la resistencia y la fricción, la estructura 3D de un objeto es increíblemente importante.
Entonces, utilizando una técnica llamada perfilometría de superficie, una tecnología de imágenes en la que un científico usa esencialmente una delgada capa de gel para hacer un molde de la superficie a estudiar, Gabler-Smith y su equipo vieron la piel de tiburón en 3D. "Es casi como mirar un mapa topográfico", dice Gabler-Smith. "Puedes ver dónde hay picos y valles".
Gabler-Smith utilizó la técnica en muestras de piel de 17 diferentes especies de tiburones. También miró dos trajes de baño Speedo comercializados como si imitaran la piel de tiburón, el traje de baño FS Fastskin II y el Lzr Racer Elite 2, así como una superficie impresa en 3D creada en su laboratorio. Comparó las proporciones de los dentículos y la altura y el espacio entre las costillas y encontró sustanciales diferencias entre los dentículos de tiburón reales y los materiales artificiales.
Imagen: Un análisis detallado muestra las diferencias entre la piel de tiburón real (arriba a la derecha) y varios materiales sintéticos, incluido un material impreso en 3D (abajo a la derecha), el Speedo FS Fastskin II (abajo a la izquierda) y el Speedo Lzr Racer Elite 2 (arriba izquierda). Fotos cortesía de Molly Gabler-Smith
"Dudo en decir que los trajes de baño realmente imiten la piel de tiburón, porque en realidad no lo hacen en absoluto", dice Gabler-Smith. Una de las mayores diferencias, dice, es que, a diferencia de una tela acanalada, la piel de tiburón real está hecha de estructuras de esmalte duro sobre una superficie flexible. Cuando se le pidió que calificara los materiales del traje de baño sobre 10, Gabler-Smith le dio al FS Fastskin II y al Lzr Racer Elite 2 un tres y un siete, respectivamente, y a su superficie diseñada en laboratorio un ocho o nueve.
"Los diseñadores de trajes de baño están haciendo un buen trabajo tomando toda la información que los biólogos están midiendo de la piel de tiburón real, pero aún queda mucho por hacer", agrega. En teoría, dice, agregar nervaduras u otras texturas llenas de baches a los trajes de baño o las superficies de las embarcaciones debería reducir la resistencia, pero estas superficies aún están lejos de funcionar como las reales.
Amy Lang, una ingeniera aeronáutica de la Universidad de Alabama que estudia la piel de tiburón y no participó en la investigación, dice que replicar las propiedades de reducción de la resistencia de la piel de tiburón es incluso más difícil que tener nervaduras similares a dentículos. Para realmente disminuir la resistencia en lugar de aumentarla, dice, las nervaduras deben tener el tamaño y la profundidad correctos.
Agrega que si bien es interesante usar la perfilometría de la superficie para comparar directamente la piel de tiburón con los materiales de ingeniería, es igualmente importante probar cómo funcionan realmente los materiales sintéticos en el agua.
Pero ahora que los científicos tienen información actualizada sobre la estructura 3D de los dentículos de tiburón en una variedad de diferentes especies, los ingenieros pueden estar un paso más cerca de imitar a uno de los nadadores más eficientes de la naturaleza.
La investigación fue publicada recientemente en Frontiers in Marine Science: Ridges and riblets: Shark skin surfaces versus biomimetic models
