Credito:Craig Chandler
I coleotteri indossano un'armatura che dovrebbe appesantirli, pensa a cavalieri e tartarughe medievali. Infatti, quei gusci duri che proteggono le ali delicate sono sorprendentemente leggeri, permettendo anche il volo.
Una migliore comprensione della struttura e delle proprietà degli esoscheletri dei coleotteri potrebbe aiutare gli scienziati a progettare più leggeri, materiali più resistenti. Tali materiali potrebbero, Per esempio, ridurre la resistenza ad alto consumo di gas in veicoli e aeroplani e ridurre il peso dell'armatura, alleggerendo il carico per il cavaliere del 21° secolo.
Ma rivelare l'architettura dell'esoscheletro su scala nanometrica si è rivelato difficile. Ruiguo Yang del Nebraska, professore assistente di ingegneria meccanica e dei materiali, ei suoi colleghi hanno trovato un modo per analizzare la nanostruttura fibrosa. Le loro scoperte sono state recentemente pubblicate sulla copertina di Materiali funzionali avanzati .
L'esoscheletro leggero è composto da fibre di chitina di appena 20 nanometri di diametro (un capello umano misura circa 75, 000 nanometri di diametro) e impacchettati e accatastati in strati che si attorcigliano a spirale, come una scala a chiocciola. Il piccolo diametro e la torsione elicoidale, noto come Bouligand, rendono la struttura difficile da analizzare.
Yang e il suo team hanno sviluppato un metodo per tagliare la spirale per rivelare una superficie di sezioni trasversali di fibre con orientamenti diversi. Da quel punto di vista, i ricercatori sono stati in grado di analizzare le proprietà meccaniche delle fibre con l'aiuto di un microscopio a forza atomica. Questo tipo di microscopio applica una piccola forza a un campione di prova, deforma il campione e ne controlla la risposta. Combinando la procedura sperimentale e l'analisi teorica, i ricercatori sono stati in grado di rivelare l'architettura su scala nanometrica dell'esoscheletro e le proprietà dei materiali delle nanofibre.
Ruiguo Yang, professore assistente di ingegneria meccanica e dei materiali, ei suoi colleghi hanno trovato un modo per analizzare la nanostruttura fibrosa dei coleotteri. Una migliore comprensione della struttura e delle proprietà degli esoscheletri dei coleotteri potrebbe aiutare gli scienziati a progettare più leggeri, materiali più resistenti. Credito:Craig Chandler
Hanno fatto le loro scoperte nel comune coleottero figeater, Cotinis mutabilis, un nativo verde metallico degli Stati Uniti occidentali. Ma la tecnica può essere utilizzata su altri coleotteri e creature dal guscio duro e potrebbe estendersi anche a materiali artificiali con strutture fibrose, ha detto Yang.
Confrontando i coleotteri con esigenze diverse sui loro esoscheletri, come difendersi da predatori o danni ambientali, potrebbe portare a intuizioni evolutive nonché a una migliore comprensione della relazione tra le caratteristiche strutturali e le loro proprietà.
