Los dientes de caracol superan a la seda de araña y se confirman como el material más resistente de la naturaleza (2015)

• Investigadores del Reino Unido probaron los dientes de caracoles marinos tipo lapa y descubrieron que su resistencia a la tracción era, en promedio, unas 5 veces mayor que la de la mayoría de las sedas de araña, lo que los convirtió en el material natural más resistente medido hasta entonces
• Los dientes tienen una estructura compuesta formada por nanofibras de goethita (goethite), cristales que contienen hierro, envueltas en una matriz proteica
• El límite superior de su resistencia es mucho mayor que el del Kevlar y comparable al de la fibra de carbono de máxima calidad, aunque no alcanza a los materiales artificiales más resistentes, como el grafeno
• Las lapas se adhieren a las rocas con una fuerza de 75 libras por pulgada cuadrada mediante su pie musculoso y secreciones, y se alimentan raspando las rocas con dientes incrustados en la rádula (radula)
• El criterio de comparación aquí es la resistencia a la tracción, es decir, no romperse al ser estirado, y debe distinguirse de la resistencia a la compresión o de la dureza, que resiste rayones y cortes

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Estructura y resistencia de los dientes de lapa

• Las lapas son caracoles marinos que viven firmemente adheridos a rocas golpeadas por las olas; usando su “pie” musculoso de molusco y secreciones químicas, pueden adherirse con una fuerza de 75 libras por pulgada cuadrada
• Al alimentarse, raspan la roca con la rádula (radula), una lengua con múltiples dientes incrustados
• En los experimentos, el material de estos dientes mostró una resistencia a la tracción promedio unas 5 veces mayor que la de la mayoría de las sedas de araña
  • Los investigadores compararon esa resistencia con la de una sola hebra de espagueti sosteniendo unas 3,300 bolsas de azúcar de 1 libra cada una
  • También se presentó como capaz de soportar presiones suficientes para convertir carbono en diamante, aunque una nota del editor aclara por separado que el criterio de comparación del texto es la resistencia a la tracción
• Los dientes tienen una estructura en la que una matriz proteica envuelve nanofibras de goethita, cristales que contienen hierro
  • El límite superior del rango medido supera ampliamente al Kevlar y es comparable al de la fibra de carbono de mayor calidad
  • Es más débil que los materiales artificiales más resistentes, incluido el grafeno
• Los resultados de la investigación se publicaron en Journal of the Royal Society Interface

Distintas propiedades de los materiales y aplicaciones de ingeniería

• Al comparar de forma amplia los materiales resistentes de la Tierra, existen nanomateriales artificiales más fuertes que el diamante, y en la naturaleza también hay dos materiales raros capaces de soportar tensiones mayores que el diamante
  • wurtzite boron nitrate tiene una disposición atómica similar a la del diamante y está compuesto por boro y nitrógeno
  • lonsdaleite está compuesto de carbono, pero a diferencia de la estructura cúbica del diamante, tiene una estructura hexagonal, y puede formarse cuando meteoritos que contienen grafito impactan la Tierra
  • La lonsdaleita puede soportar un 58% más de tensión que el diamante
• Sin embargo, la comparación con wurtzite boron nitrate se refiere a la dureza, es decir, la resistencia a rayones o cortes, y no a la resistencia a la tracción, por lo que no debe interpretarse como una clasificación bajo el mismo criterio que los dientes de lapa
• Los materiales que son duros, resistentes y flexibles son útiles para desarrollar materiales, estructuras y máquinas de próxima generación, y la estructura compuesta de los dientes de lapa se ha convertido en objeto de investigación para nuevos materiales biomiméticos

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Opiniones de Hacker News

• Si quieres ver fotos, este paper tiene mucho buen material: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ece3.10332
  Cuando pones un dedo frente a una babosa, intenta mordisquearlo, y recién ahora entiendo de dónde viene esa sensación áspera como papel de lija.

  • Los caracoles de jardín cerca de Seattle, si los dejas arrastrarse sobre la piel, de verdad pueden dar mordiditas tan pequeñas que hasta sacan sangre.
  • Es parecido a las papilas de queratina de la lengua de los gatos, pero de un tamaño mucho menor.
  • Si sentiste algo más duro que la piel, no es que haya intentado comer: en la práctica, sí comió.
  • Fue mucho más inquietante de lo que esperaba.

• En vez de la comparación “es como si una hebra de espagueti levantara 3,300 bolsas de azúcar de 1 libra”, habría sido mucho más claro decir un auto mediano.

  • En el artículo original de la BBC lo expresaron como “una hebra de espagueti levantando 3,000 bolsas de azúcar de 0.5 kg”.
    Era una forma de representar 1,500 kg con un objeto familiar para el público británico, pero al convertir las unidades, Smithsonian terminó cambiándolo por bolsas de azúcar de 1 libra, algo más bien ajeno para los estadounidenses. En Estados Unidos casi no he visto bolsas de azúcar de 1 libra, pero en Reino Unido las bolsas de 500 g, aunque algo pequeñas, son bastante comunes.
    https://www.bbc.com/news/science-environment-31500883
    https://www.sainsburys.co.uk/gol-ui/product/sainsburys-white...
  • Es una comparación que parece asumir que todo el mundo sabe por experiencia cuánto pesan 3,300 bolsas de azúcar de 1 libra y cuánta fuerza hace falta para levantarlas. En cambio, “auto mediano” tiene un rango ambiguo, y tampoco es que alguien haya visto realmente a alguien levantar uno.
  • Las bolsas de azúcar ya son un problema, pero tampoco queda claro qué significa una hebra de espagueti.
    No se sabe si se toma como referencia el peso o el volumen, ni si está cocida y flexible o seca y quebradiza. El espagueti tampoco es un objeto cuya resistencia a la tracción en relación con su tamaño uno intuya fácilmente, así que cuesta entender qué intenta visualizar la comparación.
  • El peso también cambia según se trate de un auto mediano europeo o uno estadounidense.

• En vez de comunicar el peso como una cantidad de bolsas, tipo “3,300 bolsas de azúcar de 1 libra”, sería mejor decir un auto moderno.

  • También habría que considerar qué puedes levantar más: unos kg de plumas o unos kg de acero: https://www.youtube.com/watch?v=-fC2oke5MFg
  • Cada vez que veo estas comparaciones exageradas de unidades, me suenan como un chiste ingenioso.

• Conocí los dientes de los caracoles por The Sound of a Wild Snail Eating, de Elisabeth Tova Bailey.
  Es una breve y hermosa obra de no ficción sobre una mujer que, tras una infección rara que le afectó el sistema nervioso y la dejó casi postrada durante años, observa un caracol que una amiga trajo del bosque y puso junto a su cama, y luego explora a fondo los moluscos con libros de la biblioteca pública. Después de leérselo a mi hijo, nos acostamos en un campo y escuchamos directamente a las babosas masticar plantas haciendo “chac, chac, chac”.

• Si observas caracoles en un acuario, casi todo el tiempo están mordisqueando algo. Siempre me pregunté cómo mantenían intactos esos dientecitos que no descansan, y la respuesta estaba en la estructura y el modo de regeneración de los dientes.

• Quería ver fotos de los dientes de caracol.

  • https://old.reddit.com/r/AquaticSnails/search?q=teeth&restri...

• El paper original del estudio está en el siguiente enlace; los enlaces dentro del artículo están rotos.
  https://royalsocietypublishing.org/rsif/article/12/105/20141...

• Este estudio es un paper de 2015, y en 2017 se agregó una corrección útil sobre la diferencia entre resistencia a la compresión y resistencia a la tracción.

  • La dureza también es una propiedad distinta. El diamante es duro, pero precisamente por esa característica puede romperse si se lo golpea con un martillo.