El almacenamiento de energía elástica es clave para aumentar la potencia de salida de muchos sistemas biológicos. El camarón mantis (Stomatopoda) debe almacenar una considerable energía elástica antes de sus rápidos ataques rapaces; sin embargo, poco se sabe sobre la dinámica y la ubicación de las estructuras de almacenamiento de energía elástica en este sistema.

Un estudio realizado por investigadores de la Universidad Tecnológica Nanyang en Singapur ahora puede explicar qué le da el camarón mantis, un crustáceo marino que caza golpeando a su presa con sus apéndices, el puñetazo más poderoso del reino animal.

Golpe fulminante

El camarón mantis tiene un fuerte golpe que rompe las conchas de sus víctimas con la fuerza de una bala. Pero eso no es porque tiene músculos particularmente poderosos; en lugar de grandes bíceps, tiene brazos que están naturalmente cargados por un “resorte”, lo que le permite mover sus apéndices a velocidades de hasta 23 metros por segundo.

El camarón mantis es un crustáceo marino que caza golpeando a su presa con sus apéndices.

Los investigadores muestran que una estructura con forma de silla de montar en las extremidades de los camarones mantis, la cual actúa como un resorte para almacenar y luego liberar energía, está compuesta de dos capas hechas de diferentes materiales.

La medición de la composición y las propiedades micromecánicas de las capas, que son en su mayoría biocerámicas y biopoliméricas, respectivamente, permitieron a los investigadores simular cómo esta estructura almacena cantidades tan grandes de energía elástica sin romperse.

Los investigadores encontraron que la capa superior de la estructura está compuesta principalmente por una biocerámica relativamente frágil, similar a un diente o un hueso, mientras que la parte inferior contiene un mayor contenido de biopolímeros, que son fibrosos como una cuerda y, por lo tanto, fuertes cuando se tiran.

Cuando los músculos y tejidos conectivos del camarón mantis cargan energía en la estructura, la capa superior se comprime y la capa inferior se estira, lo que significa que cada capa se coloca bajo las fuerzas que mejor puede soportar.

La estructura de “resorte” en los brazos del camarón mantis es lo que le permite mover sus apéndices a velocidades de hasta 23 metros por segundo.

Una mecánica biológica eficiente

El investigador Ali Miserez, afiliado al Laboratorio de Materiales Biológicos y Biomiméticos de la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales en la Universidad Tecnológica de Nanyang y autor principal del estudio, puntualizó:

“Desde una perspectiva científica fundamental, la mecánica de esta estructura es bastante interesante. Pero lo que este diseño también muestra es que puede hacer un resorte muy eficiente, y que se puede hacer con cerámica, que es más provechoso que otros materiales utilizados en la actualidad.”

El equipo de investigadores continúa estudiando la estructura del camarón mantis e inspirados es este asombroso crustáceo, han empezado a imprimir en 3D algunos modelos de resortes que potencialmente podrían usarse en contextos microrobóticos.

Referencia: Biomechanical Design of the Mantis Shrimp Saddle: A Biomineralized Spring Used for Rapid Raptorial Strikes. iScience, 2018. https://doi.org/10.1016/j.isci.2018.08.022

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