Investigadores del Departamento de Química de la Universidad de Copenhague han encontrado un modelo para materiales fuertes y ligeros al bucear por debajo de la superficie del mar para investigar un primo del erizo de mar, conocido como erizo corazón.
Investigadores del Departamento de Química de la Universidad de Copenhague han encontrado un modelo para materiales fuertes y ligeros al bucear por debajo de la superficie del mar para investigar un primo del erizo de mar, conocido como erizo corazón.
Dirk Müter, profesor asistente del grupo de investigación NanoGeoScience del Departamento de Química, encabezó el proyecto, cuyos resultados se publican en la revista Acta Biomaterialia.
El erizo corazón (Echinocardium cordatum), también conocido como patata del mar, mide hasta 5 cm de diámetro, tiene forma de corazón y se entierra en la arena. Este animal extiende un canal para alimentarse de partículas orgánicas de las aguas que están por encima de su madriguera.
Al igual que los erizos de mar “comunes”, estos erizos corazón “raros” son criaturas suaves que utilizan sus exoesqueletos de carbonato de calcio para proteger sus cuerpos de la depredación. Como resultado, sus caparazones son inesperadamente robustos.
La idea de estudiar las conchas del erizo corazón se le ocurrió a Müter cuando estaba de vacaciones en una playa croata. Las finas conchas de los erizos, delgadas como un papel, habían sido arrastradas hasta la playa por el mar, y Müter observó que, asombrosamente, tenían pocas marcas a pesar de ser tan delgadas.
Para conocer más sobre estas fuertes conchas de carbonato de calcio, Müter y sus colegas usaron una tecnología relativamente nueva llamada microtomografía de rayos X. La técnica fue utilizada para crear imágenes tridimensionales de los contenidos del material, sin tener que romper las conchas en pedazos. Las imágenes de rayos X son tan buenas que es posible distinguir estructuras de menos de una milésima parte de un milímetro. Esta resolución ultra fina resultó decisiva para llegar a entender la fuerza de los caparazones.
Cualquiera que haya roto un trozo de tiza sabe que el carbonato de calcio es frágil. Y las conchas de erizo de corazón contienen más aire que tiza. De hecho, cuando uno se acerca al material de la cubierta, comienza a parecerse a espuma de jabón. El material consiste en un increíble número de cavidades microscópicas unidas por puntales delgados de carbonato de calcio (tiza). Hay entre 50.000 y 150.000 puntales por milímetro cúbico, y en algunas zonas, el material se compone de hasta un 70 % de aire.
El carbonato de calcio puede ser muchas cosas, desde el mármol inflexible hasta la suave y frágil tiza que utilizamos para escribir. Si bien las conchas de erizo corazón y las tizas para escribir comparten una porosidad similar, los caparazones de los erizos son hasta seis veces más fuertes que la tiza. Los estudios de Müter demuestran que conchas de erizo corazón tienen una estructura que se acerca a un ideal teórico para la fuerza estructural de la espuma, una necesidad para una criatura que se ha desarrollado para soportar la vida bajo 10 metros de agua y 30 centímetros de arena.
Müter explica que, para su gran sorpresa, la fortaleza del caparazón del erizo corazón no era uniforme, dependiendo de las mayores o menores concentraciones de los puntales dentro de áreas específicas, y no a causa de puntales más delgados o más gruesos.
“Encontramos un ejemplo de un principio de construcción sorprendentemente simple. Esta es una manera fácil de construir materiales. Permite una gran variación en la estructura y la fuerza. Y está muy cerca de ser óptima desde el punto de vista mecánico”, afirma Müter.
Müter y sus colegas del grupo de NanoGeoScience esperan que sus nuevos conocimientos sirvan para mejorar los materiales absorbentes resistentes a los golpes, entre otros resultados. (Fis.com)
12/11/15