El escarabajo de hierro del diablo es prácticamente indestructible. Ahora los científicos saben por qué

David Kisailus / UCI

Puede pisotear accidentalmente a un diabólico escarabajo de hierro y ni siquiera retrocederá. Vaya aún más lejos, condúzcalo en su automóvil, y no causará ningún problema a la criatura. Su exoesqueleto es uno de los más duros del reino animal. Y los científicos ahora creen que saben por qué.

En el estudio publicado en la revista Nature el miércolesLos investigadores han descubierto los secretos de la devastadora resistencia a aplastar el escarabajo de hierro del diablo y han demostrado cómo los nuevos materiales ultrarresistentes pueden aprovechar la biología del escarabajo.

A primera vista, el escarabajo se ve impresionante: un exoesqueleto oscuro lleno de baches que se parece un poco a una roca carbonizada. Pero debajo de su exterior se encuentran varios milagros estructurales que fueron creados por la evolución. Muchas especies de escarabajos pueden volar y sus alas están encerradas en un élitro, un caparazón duro y protector. Volar es un gran mecanismo de defensa para los escarabajos que les permite escapar de los depredadores, pero el sólido no tiene alas y normalmente se hace el muerto, confiando en su exoesqueleto para estar a salvo.

«Ironclad es un escarabajo terrestre, por lo que no es ligero y rápido, sino que se construye más como un tanque pequeño», dijo David Kisailus, profesor de ciencia y tecnología de materiales en la Universidad de California, Irvine y coautor del estudio, en la edición. El exoesqueleto del escarabajo es tan difícil que incluso ha presentado algunos problemas para los entomólogos que esperan poder verlo: es difícil poner un alfiler sobre una tapa ajustada.

Sección transversal de un escarabajo de hierro élitros.Sección transversal de un escarabajo de hierro élitros.

Dos élitros del diabólico escarabajo de hierro se unen en un sinuoso (en un círculo)

Jesús Rivera / UCI

Un miembro del equipo de investigación, Jesús Rivera, para estudiar pequeños tanques, atrapar escarabajos y traerlos de regreso al laboratorio. Los investigadores descubrieron por primera vez que el exoesqueleto del escarabajo puede soportar aproximadamente 150 Newtons de fuerza, 39.000 veces su peso corporal. Otras tres especies de escarabajos terrestres eran solo la mitad de resistentes.

Pero, ¿por qué este exoesqueleto en particular es mucho más fuerte? El equipo de investigación examinó al escarabajo utilizando una técnica de imágenes en 3D llamada tomografía por microcomputadora, que actúa como una radiografía para todo el organismo. Se centraron en la élite sólida.

Puede parecer inusual que los sólidos tengan un élitro. Después de todo, es un escarabajo terrestre que no puede volar. Pero evolucionó a partir de un escarabajo que de repente y sus élitros son fundamentales para la fuerza de su exoesqueleto. Se unieron de la manera más notable y crearon una puntada enrollada y retorcida.

Los científicos lo describen como piezas de un rompecabezas que se unen. Bloquea las dos piezas juntas y el punto probable de falla está en el «cuello» del rompecabezas. Pero al estudiar la puntada bajo un microscopio de alto rendimiento y usar simulaciones por computadora, el equipo no vio fallas catastróficas. La costura pareció mantenerse, transfiriendo la tensión a toda el área en lugar de romperse. Esto es importante: protege el cuello del escarabajo.

Además, la composición química de la élite del hierro difiere ligeramente de la del escarabajo volador. Parece contener una mayor concentración de proteínas, lo que podría aumentar la dureza de los insectos.

Los investigadores llevaron esto más allá e investigaron cómo esta geometría del exoesqueleto podría permitir el desarrollo de materiales más duros. Aprendieron de la puntada del escarabajo y crearon piezas de un rompecabezas de fibra de carbono para probar la resistencia mecánica en el mundo real: sujetadores utilizados en la industria aeroespacial. Lo mejor eran las piezas del rompecabezas que imitaban a uno sólido.

«Este trabajo muestra que podemos pasar del uso de materiales fuertes y quebradizos a materiales que pueden ser fuertes y duros al disipar la energía cuando se rompen», dijo Pablo Zavattieri, ingeniero civil de la Universidad Purdue y coautor de los estudios. .

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