Modelo que calcula la energía de los caninos perforantes

CHAMPAIN, Illinois – Los investigadores han creado un modelo que puede calcular la energía involucrada cuando un organismo apuñala a otro organismo con sus colmillos, espinas, espinas u otras partes perforadas. Los investigadores dijeron que debido a que el modelo se puede aplicar a una variedad de organismos, ayudará a los científicos a estudiar y comparar muchos tipos de perforadores biológicos. También ayudará a los ingenieros a desarrollar nuevos sistemas para penetrar materiales de manera eficiente o resistir pinchazos.

Se reportan nuevos resultados en Revista de la interfaz de la Royal Society.

«La idea detrás de esto era crear un marco cuantitativo para comparar una variedad de sistemas biológicos de punción entre sí». felipe andersonEs profesor de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign. Evolución, medio ambiente y comportamiento quien dirigió la investigación con el investigador postdoctoral Bingyang Zhang. «La pregunta inicial de esta investigación fue cómo podemos siquiera medir estos diferentes sistemas para hacerlos comparables».

«Es un problema difícil predecir las propiedades de los sistemas biológicos», dijo Zhang.

Los animales y las plantas despliegan una variedad de estrategias para apuñalar a sus presas o defenderse de otros organismos, dijeron los investigadores, e incluso aquellos que usan estrategias o herramientas similares alteran esas herramientas para satisfacer sus propias necesidades. Sus objetivos también difieren.

Anderson, que estudia la mecánica y la energía de los sistemas biológicos de agujeros de gusano, dice.

Otros organismos, como las avispas parásitas, dijo, pueden usar sus emulsiones de huevos para excavar en la piel de las larvas, pero también pueden penetrar frutas o incluso madera.

Para desarrollar un modelo que se pueda aplicar a una variedad de sistemas, Zhang identificó factores clave que deberían incluirse en cualquier cálculo de energía respectivo. Estos incluyen cambios en la energía cinética cuando se usa un instrumento de punción, pero también tienen en cuenta las propiedades materiales del tejido objetivo.

Esto incluye cálculos que describen cómo la energía cinética inicial empuja una herramienta de perforación hacia un material, abriendo nuevas superficies en el material a medida que se propaga la fractura. También tiene en cuenta la resistencia a la fricción y la elasticidad del tejido objetivo.

Los investigadores dijeron que los cálculos estaban dirigidos a herramientas de perforación puntiagudas, que son comunes en los sistemas biológicos.

Anderson publica el nuevo modelo para ayudar en sus estudios de organismos excavadores como colmillos de serpiente, mantarrayas y avispas parásitas.

«Si conocemos la forma o la forma del daño causado por una herramienta de perforación, podemos usar este modelo para predecir cuánta energía se gastó durante el escenario de perforación», dijo Zhang. «O podemos predecir diferentes aspectos de la propiedad de un material, por ejemplo, cómo se descompondrá, lo que sería útil tanto en ingeniería como en aplicaciones biológicas».

La Fundación Nacional de Ciencias apoya esta investigación.

Notas del editor:

Para comunicarse con Philip Anderson, envíe un correo electrónico a [email protected].

Para comunicarse con Bingyang Zhang, envíe un correo electrónico a [email protected].

El artículo «Modelado de biopuntura: un marco matemático para la determinación y medición de energía» está disponible En línea Es de los Estados Unidos de I. News Bureau.

DOI: 10.1098 / rsif.2022.0559