Un pájaro africano podría inspirar una botella de agua mejor
Un primer plano extremo de las plumas de un ave con una asombrosa capacidad para retener el agua mientras vuela podría inspirar la próxima generación de materiales absorbentes.
Con microscopios de alta resolución y tecnología 3D, investigadores de la Universidad Johns Hopkins y del Instituto Tecnológico de Massachusetts captaron una vista sin precedentes de las plumas de la ganga ortega, que habita en el desierto, mostrando la singular arquitectura de sus plumas y revelando por primera vez cómo pueden retener tanta agua.
Sección transversal de las barbas de las plumas de la ganga ortega.
Johns Hopkins University
"Es fascinante ver cómo la naturaleza ha conseguido crear estructuras tan eficientes para absorber y retener agua", afirma Jochen Mueller, coautor del estudio y profesor adjunto del Departamento de Ingeniería Civil y de Sistemas de la Universidad Johns Hopkins, especializado en diseño y materiales inteligentes. "Desde el punto de vista de la ingeniería, creemos que los hallazgos podrían conducir a nuevas creaciones bioinspiradas".
El trabajo se publicó en The Royal Society Interface.
Las ganga de los desiertos africanos suelen anidar a unos 30 kilómetros de los abrevaderos para mantenerse a salvo de los depredadores. Para llevar agua a casa a sus polluelos sedientos, los machos adultos realizan uno de los mejores ejemplos de transporte de la naturaleza: recogen agua y vuelan con ella a casa, una hazaña aún más extraordinaria si se tiene en cuenta que la ganga alberga en torno al 15% de su peso corporal en agua y mantiene la mayor parte a salvo durante un vuelo a unos 65 km/h que dura aproximadamente media hora.
Los machos de ganga ortega son las únicas aves conocidas que retienen el agua de este modo: la clave está en las plumas de su vientre, especialmente adaptadas.
Otros investigadores documentaron por primera vez estas extraordinarias plumas hace más de 50 años. Pero sólo aquí, con la tecnología moderna, el equipo puede demostrar por fin cómo funcionan las plumas.
Mueller y la ingeniera del MIT Lorna J. Gibson se centraron en la microestructura de las plumas del vientre mediante microscopía electrónica de barrido, tomografía microcomputada, microscopía óptica y videografía en 3D, observando de cerca los ejes, cada uno de ellos de una fracción de la anchura de un cabello humano, y las aún más diminutas bárbulas individuales.
El equipo amplió enormemente las plumas, observándolas tanto secas como húmedas. A continuación, en un movimiento tan delicado como crucial, las plumas secas se sumergieron en agua, se extrajeron y se volvieron a sumergir, como si se tratara de una ganga en un abrevadero.
"Cuando haces ese tipo de trabajo, no puedes ni respirar, porque si no te la cargas", dijo Mueller.
Mueller describió la estructura individual de las plumas como "magnífica", con componentes optimizados de varias maneras para retener el agua, incluida la forma en que se doblan, cómo las bárbulas forman grupos protectores en forma de tienda de campaña cuando están mojadas y cómo las estructuras tubulares dentro de cada bárbula capturan el agua.
Las plumas individuales retenían el agua a través de un bosque de bárbulas cerca del eje, que trabajaban juntas con las bárbulas rizadas cerca de la punta actuando casi como capuchones.
"Eso es lo que nos entusiasmó, ver ese nivel de detalle", dijo Mueller. "Esto es lo que necesitamos comprender para utilizar esos principios en la creación de nuevos materiales".
El equipo también modeló computacionalmente la entrada de agua de las plumas.
Mueller y Gibson esperan que sus hallazgos sirvan de base para futuros diseños de ingeniería que requieran una absorción controlada, una retención segura y una liberación fácil de líquidos.
Entre las posibles aplicaciones figuran el diseño de redes para recoger y retener el agua de la niebla y el rocío en regiones desérticas; y una botella de agua diseñada para evitar los molestos vaivenes y chapoteos.
Para la botella de agua o mochila deportiva, está pensando en un diseño que contenga mucho líquido de forma segura, pero que incluya un sistema interior similar a una pluma que evite que el agua se balancee mientras alguien se mueve con ella. Piensa que una mochila de hidratación o una bolsa de agua que pudiera hacer esto sería especialmente apreciada por los corredores.
También imagina unos bastoncillos médicos de nivel superior más fáciles de usar, "en los que se pueda absorber líquido con eficacia, pero sea mucho más fácil liberarlo", afirma, y añade que la función de liberación fue un problema para recoger muestras de la prueba nasal COVID-19 durante la pandemia.
A continuación, el equipo planea imprimir estructuras similares en 3D y buscar aplicaciones comerciales.
Las plumas del vientre utilizadas en este trabajo se obtuvieron de un único macho adulto de ganga de Namaqua(Pterocles namaqua ) de la colección del Museo de Zoología Comparada de la Universidad de Harvard. Este trabajo también ha contado con el apoyo de la beca de la National Science Foundation (DMR-1922321).
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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