Los secretos del escarabajo (casi) indestructible

Phloeodes diabolicus, también conocido como el escarabajo diabólico acorazado, puede sobrevivir al atropello de un automóvil. Ahora científicos e ingenieros están tratando de averiguar cómo es posible que lo consiga.

Escarabajo diabólico acorazado

Escarabajo diabólico acorazado

Foto: Jesus Rivera / Kisailus Biomimetics and Nanostructured Materials Lab / University of California, Irvine

No hay una buena razón, pese a su nombre, para querer acabar con el escarabajo diabólico acorazado. No obstante, si es lo que te propones, puedes pisarlo, o como bien intentaron los científicos del experimento del que sabrás a continuación, atropellarlo con un coche. Todo será en vano. Y es que los escarabajos acorazados son los tanques del mundo de los insectos. De hecho, en las colecciones de varios museos del mundo pueden observarse pegados de una extraña forma en los expositores y numerosos entomólogos dan fe de la dificultad de atravesarlos con un alfiler.

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El blindaje de estos insectos es tan resistente, que la forma en que sobrevive este escarabajo podría inspirar el desarrollo de nuevos materiales de idénticas hercúleas características. Estos materiales, según muestran científicos de la universidad de California y Purdue en un estudio que se publica esta semana en la revista Nature bajo el titulo Toughening mechanisms of the elytra of the diabolical ironclad beetle, serían rígidos pero tan dúctiles como un clip. De este modo el equipo de ingenieros dirigido por Pablo Zavattieri, profesor de ingeniería civil en la universidad de Purdue encontró que la resistencia de uno de los representantes de este género de escarabajos conocido como el escarabajo diabólico acorazado, radica en lo que denominan sus dos "elitrones" que en forma de armadura van a unirse en una línea llamada sutura que recorre el abdomen del animal.

En los escarabajos voladores, los élitros son unas cubiertas que protegen las alas y facilitan el vuelo. Pero el diabólico escarabajo acorazado, conocido como Phloeodes diabolicus no tiene alas. No obstante, los élitros y la sutura, donde estos se unen, ayudan a distribuir la fuerza aplicada de manera más uniforme por todo el cuerpo. "Este rompecabezas viene al rescate del animal de varias formas diferentes dependiendo de la cantidad de fuerza aplicada" explica Zavattieri.

Para descubrir como respondía el exoesqueleto de este escarabajo un equipo dirigido por el profesor David Kisailus de la universidad de California primero probó los límites su cubierta protectora y caracterizó los sus diversos componentes estructurales mediante tomografía computarizada. Usando placas de acero compresivas, los investigadores de la UCI encontraron que el escarabajo diabólico acorazado puede asumir una fuerza aplicada de alrededor de 150 newtons, una carga de al menos 39.000 veces su peso corporal, antes de que su exoesqueleto comience a fracturarse, algo impresionante teniendo en cuenta que la fuerza de un neumático al atropellar a uno de estos animales sería de unos 100 newtons. De hecho, en experimentos paralelos el equipo de Kisailus pudo comprobar que otras especies de escarabajos no fueron capaces de soportar ni la mitad de esfuerzo que el escarabajo diabólico acorazado.

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Posteriormente, mediante extensas simulaciones por ordenador y modelos impresos en 3D, los investigadores aislaron ciertas estructuras para comprender mejor su papel en la salvaguarda de la integridad del insecto. Todos estos estudios combinados revelaron que cuando se encuentra bajo una carga compresiva, como la de un neumático de automóvil, la sutura en forma de rompecabezas del diabólico escarabajo acorazado ofrece dos líneas de defensa.

Primero, las hojas de interconexión se bloquean para evitar que se salgan de la sutura como si fueran piezas de un rompecabezas. En segundo lugar, entre la sutura y las hojas se produce un proceso denominado delaminación (un modo de falla donde un material se fractura en capas) y que conduce a una deformación más elegante que mitiga el quiebre catastrófico del exoesqueleto. Cada estrategia disipa energía para sortear un impacto fatal en el cuello, que es donde resulta más probable que se fracture el exoesqueleto del escarabajo.

Proceso de delaminación

Proceso de delaminación

Foto: Purdue University / Maryam Hosseini

Conocer estas estrategias ya podría resolver problemas de fatiga en varios tipos de maquinaria. "Un gran desafío en ingeniería es el de unir diferentes materiales sin limitar su capacidad para soportar cargas" explica David Restrepo, profesor asistente de la Universidad de Texas en San Antonio y colaborador en el laboratorio de Zavattieri. "Y el diabólico escarabajo acorazado cuenta con varias estrategias para sortear estas limitaciones", añade.

En las turbinas de gas de los aviones, por ejemplo, los metales y los materiales compuestos se unen mediante un broche o cierre mecánico. Este broche agrega peso e introduce tensiones que podrían provocar fracturas y corrosión. "Estos broches, en última instancia, reducen el rendimiento del sistema y necesitan ser reemplazados de vez en cuando. Pero las suturas del escarabajo diabólico acorazado proporcionan una falla sólida y más predecible que podría ayudar a resolver estos problemas", explica por parte Maryam Hosseini, investigadora postdoctoral en el grupo de Zavattieri.

Posteriormente los investigadores de la universidad de California construyeron un broche compuesto de fibra de carbono que imitaba la sutura de Phloeodes diabolicus, mientras que sus homólogos de la universidad de Purdue demostraron mediante pruebas de carga que este cierre es tan fuerte como un broche aeroespacial estándar, pero significativamente más resistente. "Este trabajo muestra que podemos pasar del uso de materiales fuertes y frágiles a otros que pueden ser fuertes y duros, y la vez eficientes al disipar la energía cuando se someten a un esfuerzo. Justo lo que la naturaleza ha permitido que haga el escarabajo diabólico acorazado", concluye Zavattieri.

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