Protección flexible inspirada en reptiles, mamíferos y escamas de peces

Universidad Autónoma de Baja California

Facultad de ingeniera campus Mexicali.

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M.A. Laura Elvira Peña Sández.

Comunicación Oral y Escrita.

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Ensayo:  Protección flexible inspirada en reptiles, mamíferos y escamas de peces

Nek Castro Palma.

Mexicali, Baja California a 30 de octubre del 2022.

Protección flexible inspirada en reptiles, mamíferos y escamas de peces

Introducción

Los materiales para la protección personal contra impactos puntuales, regionales o masivos deben ser lo suficientemente duros para evitar la penetración que pudiera ocasionar un daño en el usuario, pero flexibles para permitir la locomoción. Este conflicto entre propiedades aparentemente contradictorias ya ha sido resuelto por la madre naturaleza ya que cientos de años en evolución natural nos da la respuesta a los problemas que como especie humana podríamos presentarnos en materia de protección multipropósitos.

Los sistemas de protección naturales se encuentran clasificados entre pieles delgadas y flexibles hasta en conchas gruesas altamente mineralizadas en moluscos. La solución intermedia, que es común entre una gran variedad de especies animales, incluyendo peces, reptiles y mamíferos consiste en unidades duras (escamas u osteodermos) unidas con fibras flexibles (piel). Numerosos estudios especializados han comprobado que este tipo de arreglos logran mayores niveles de flexibilidad en comparación con sistemas monolíticos homólogos (grupo de estructuras fijas, las cuales funcionan entre sí), sin una reducción significativa de su resistencia mecánica. En consecuencia, dada su extraordinaria combinación de propiedades, la protección natural segmentada ha recibido mucha atención de científicos e ingenieros durante la última década, aunque este conocimiento no es nuevo ya que se tienen registros que se empleaban desde la antigüedad por multitud de culturas alrededor del mundo este tipo de diseños de protección flexible.

Desarrollo

Es por ello que será mejor un material segmentado proporcione una gran cantidad de movilidad al usuario por el coste de la protección o un tener un gran grado de defensa por medio de un sistema robusto de una pieza, pero no contar con mucha movilidad es una gran cuestión para analizar, pero la naturaleza ya ha respondido este debate.

Multitud de animales han desarrollado sistemas de protección natural segmentada, los cuales consisten en la unión de elementos rígidos altamente mineralizados a través de fibras flexibles de colágeno. Estos sistemas permiten la distribución de cargas puntuales sobre áreas mayores, reduciendo la concentración de esfuerzos en el tejido subyacente. Por otro lado, se ha demostrado que esta configuración permite mayor flexibilidad sin una reducción significativa de la resistencia. Por ejemplo, las escamas de los peces son un excelente ejemplo de un sistema de protección natural segmentado. Estas son unidades mineralizadas dispuestas en arreglos superpuestos, que son lo suficientemente ligeras como para permitir la movilidad, pero rígidas para proporcionar protección contra los depredadores. (Yang et al., 2013).

Por otro lado, los osteodermos son la contraparte de las escamas de los peces en reptiles y mamíferos. Estos son placas óseas cubiertas de piel conectadas en arreglos yuxtapuestos (Colocado junto a algo o en posición inmediata). Generalmente los osteodermos tienen una estructura tipo emparedado, donde las capas más externas son más densas que el centro el cual es poroso. Otra característica de los osteodermos es que son vascularizados, y por tanto pueden facilitar la termorregulación de temperatura en algunas especies. (Yang et al., 2013)

También algunos mamíferos cuentan con este sistema como los armadillos que están recubiertos de osteodermos hexagonales y triangulares que ofrecen una buena protección cuando el animal se enrolla sobre sí mismo (Chen et al., 2011).

Los caimanes, cocodrilos y tortugas laúd son especies de reptiles cubiertos con osteodermos. Mientras que los caimanes y cocodrilos tienen escamas en forma de disco con bordes suavizados, las tortugas laúd tienen osteodermos poligonales con bordes aserrados conectados por medio de suturas (Chen, Yang & Meyers, 2015).

Además, una multitud de avances tecnológicos se han desarrollado tomando como base lo anteriormente explicado ya que las aplicaciones en base de estos modelos son muy variadas y las innovaciones son muy prometedoras como los de un grupo de científicos de la Universidad McGill de Montreal (Canadá) han desarrollado un tejido super resistente y a prueba de perforaciones que imita las escamas de los peces. Un invento que podría ser vital para diseñar ropa de protección en entornos profesionales en los que los accidentes por cortes o incisiones es habitual. A través de una serie de experimentos, los científicos han descubierto que las escamas del pez catán (Atractosteus spatula) están compuestas del material más duro conocido hasta la fecha con base de colágeno el cual es muy difícil de perforar y que cuenta con una formidable resistencia. Además, las escamas más pequeñas de su piel son las más difíciles de penetrar ya que se han realizado en los ensayos de laboratorio que lo corroboran. Pero presentan un problema el sistema de confección ya que debe de llevarse acabo en un ambiente muy controlado y que se requiere una gran precisión a la hora de intercalas las escamas pequeñas y grandes para que la estructura no tenga ningún punto de débil que provoque un fallo en el diseño. Con toda esta información, el equipo de investigadores canadiense ideó una técnica que imita precisamente las escamas de este pez para cubrir tejidos. (Gombay & Lamk, et al 2018)

 El primer diseño, fueron unos guantes en los cuales, para su fabricación utilizaron técnicas de modelado por ordenador y escamas de un material cerámico, han resultado ser más resistentes a los cortes y perforaciones que los utilizados en la actualidad. “Este nuevo tipo de tejido podría suponer una revolución en la fabricación de ropa de protección para trabajos de riesgo en la industria pesada y minera” así lo menciono   la doctora Katherine Gombay directora de la investigación (Gombay & Lamk, et al 2018).

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