El caparazón del escarabajo una maravillosa herramienta de innovación

Den­tro de esta fa­mi­lia de in­sec­tos te­rres­tres, uno de los más re­sis­ten­tes, el es­ca­ra­ba­jo dia­bó­li­co aco­ra­za­do (Ph­loeo­des dia­bo­li­cus), ha sido ana­li­za­do y es­tu­dia­do para me­jo­rar los co­no­ci­mien­tos apli­ca­dos a la cons­truc­ción y a la in­ge­nie­ría, y en es­pe­cial a la ae­ro­náu­ti­ca.

Por: Brandon Franz Torres Rojas, analista juniors de Negocios Internacionales de Innov@s UNFV

 

Los coleópteros (Coleoptera) (del griego κολεός koleos: «caja o estuche», πτερον pteron: «ala»),  conocidos como escarabajos, son un orden de insectos con unas 375 000 especies descritas; tiene tantas especies como las plantas vasculares o los hongos y 66 veces más especies que los mamíferos. Contiene más especies que cualquier otro orden en todo el reino animal, seguido por los lepidópteros (mariposas y polillas), himenópteros (abejas, avispas y hormigas) y dípteros (moscas, mosquitos).

Los coleópteros presentan una enorme diversidad morfológica y ocupan virtualmente cualquier hábitat, incluidos los de agua dulce, aunque su presencia en ambientes marinos es mínima. La mayoría de los coleópteros son herbívoros, y muchas especies pueden constituir plagas de los cultivos, siendo las larvas las que causan la mayor parte de los daños agrícolas y forestales.

Los coleópteros tienen las piezas bucales de tipo masticador, y las alas delanteras (primer par de alas) transformadas en rígidas armaduras, llamadas élitros, que protegen la parte posterior del tórax, incluido el segundo par de alas, y el abdomen. Los élitros no se usan para el vuelo, pero deben (en la mayoría de las especies) ser levantadas para poder usar las alas traseras. Cuando se posan, las alas traseras se guardan debajo de los élitros. La mayoría de los coleópteros pueden volar, pero pocos alcanzan la destreza de otros grupos, como por ejemplo las moscas, y muchas especies vuelan solo si es imprescindible. Algunos tienen los élitros soldados y las alas posteriores atrofiadas, lo que les inhabilita para volar.

El es­ca­ra­ba­jo dia­bó­li­co aco­ra­za­do (Ph­loeo­des dia­bo­li­cus), ha sido ana­li­za­do y es­tu­dia­do para me­jo­rar los co­no­ci­mien­tos apli­ca­dos a la cons­truc­ción y a la in­ge­nie­ría, y en es­pe­cial a la ae­ro­náu­ti­ca.

 

Las es­pe­cies de es­ca­ra­ba­jo re­cu­rren a la ca­pa­ci­dad de vo­lar para eva­dir a sus de­pre­da­do­res, pero otras se han vis­to obli­ga­das a desa­rro­llar me­ca­nis­mos de pro­tec­ción para de­fen­der­se.

Es el caso es­pe­cí­fi­co de la fa­mi­lia Zop­he­ri­nae, co­no­ci­da como la ‘aco­ra­za­da’, cuya prin­ci­pal for­ta­le­za re­si­de en la du­re­za de su exoes­que­le­to. Den­tro de esta fa­mi­lia de in­sec­tos te­rres­tres, uno de los más re­sis­ten­tes, el es­ca­ra­ba­jo dia­bó­li­co aco­ra­za­do (Ph­loeo­des dia­bo­li­cus), ha sido ana­li­za­do y es­tu­dia­do para me­jo­rar los co­no­ci­mien­tos apli­ca­dos a la cons­truc­ción y a la in­ge­nie­ría, y en es­pe­cial a la ae­ro­náu­ti­ca.

“La unión de ma­te­ria­les di­fe­ren­tes en es­truc­tu­ras de in­ge­nie­ría, como plás­ti­cos y me­ta­les, con­ti­núa su­po­nien­do un desa­fío”, se­ña­lan los cien­tí­fi­cos, li­de­ra­dos por Da­vid Ki­sai­lus, in­ves­ti­ga­dor de la Uni­ver­si­dad de Ca­li­for­nia en Ir­vi­ne (EE UU) y au­tor prin­ci­pal de un es­tu­dio que se pu­bli­ca en Na­tu­re.

“La fi­ja­ción me­cá­ni­ca, la sol­da­du­ra con­ven­cio­nal y la unión ad­he­si­va son al­gu­nos ejem­plos de las téc­ni­cas que se uti­li­zan en la ac­tua­li­dad; cada uno de es­tos mé­to­dos pre­sen­ta su pro­pia se­rie de pro­ble­mas, como la for­ma­ción de con­cen­tra­do­res de ten­sión o la de­gra­da­ción bajo ex­po­si­ción am­bien­tal, re­du­cien­do la fuer­za y cau­san­do un fa­llo pre­ma­tu­ro”, ex­po­nen los au­to­res.

Otros insectos segregan la misma sustancia, pero el escarabajo bombardero tiene una particularidad: es capaz de expulsarla a distancia. “Si no eres fuerte, ármate con armas químicas”. Si hay un insecto que parece vivir de acuerdo a este desproporcionado alegato belicista ese es el escarabajo bombardero.  Utiliza armas química para defenderse.

El in­sec­to im­po­si­ble de aplas­tar

Se­gún des­cri­ben, “este es­ca­ra­ba­jo tie­ne una no­ta­ble ca­pa­ci­dad para so­por­tar aplas­ta­mien­tos y per­fo­ra­cio­nes de los ata­ques de de­pre­da­do­res, e in­clu­so de re­sis­tir a atro­pe­llos de au­to­mó­vi­les”.

Los in­ves­ti­ga­do­res se­ña­lan que la ra­zón de que de­ter­mi­na­das es­pe­cies ha­yan desa­rro­lla­do un cuer­po tan duro se en­cuen­tra en la evo­lu­ción a par­tir de sus an­te­pa­sa­dos vo­la­do­res; per­die­ron agi­li­dad a cam­bio de ob­te­ner un exoes­que­le­to más ro­bus­to y mul­ti­fun­cio­nal que les per­mi­tie­ra tan­to al­ma­ce­nar me­jor el agua como pro­te­ger­se de los de­pre­da­do­res.

Esta mo­di­fi­ca­ción se pro­du­jo a base de fu­sio­nar y den­si­fi­car sus éli­tros, cada una de las alas rí­gi­das que re­cu­bren a modo de es­tu­che las alas más li­ge­ras de este tipo de in­sec­tos, como el ‘ca­pa­ra­zó­n’ rojo de las ma­ri­qui­tas.

Para so­bre­vi­vir, el Ph­loeo­des dia­bo­li­cus re­cu­rre, en pri­mer lu­gar, al ca­mu­fla­je que le brin­da su as­pec­to ru­go­so res­pec­to a su me­dio na­tu­ral, como son cor­te­zas de ma­de­ra dura y co­ní­fe­ras, don­de fin­ge es­tar muer­to al de­tec­tar una ame­na­za.

Cuan­do el Plan A fa­lla, la du­re­za de su exoes­que­le­to se in­ter­po­ne en­tre el in­sec­to y su pre­sa. Como pu­die­ron com­pro­bar los cien­tí­fi­cos al com­pri­mir al in­sec­to, su cuer­po pue­de so­por­tar sin frac­tu­rar­se una pre­sión má­xi­ma de 169 new­tons, “39.000 ve­ces su peso cor­po­ral y sig­ni­fi­ca­ti­va­men­te ma­yor a la fuer­za que un hu­mano adul­to pue­de ge­ne­rar pre­sio­nan­do el pul­gar y el ín­di­ce jun­tos”.

El equi­po com­pa­ró esta re­sis­ten­cia con la de otras es­pe­cies de es­ca­ra­ba­jo con una de­pre­da­ción si­mi­lar, como el es­ca­ra­ba­jo del de­sier­to (As­bo­lus ve­rru­co­sus), que “ex­hi­bió una ri­gi­dez ini­cial si­mi­lar a la del Ph­loeo­des dia­bo­li­cus, pero se frac­tu­ró en apro­xi­ma­da­men­te el 50 % de la ten­sión, lo que su­gie­re una va­ria­ción en la com­po­si­ción o ca­rac­te­rís­ti­cas de di­se­ño den­tro del exoes­que­le­to”, ex­pli­can en el es­tu­dio.

Asesoría: Dr. Luis Alberto Pintado Córdova

Estudian los secretos de un escarabajo indestructible. Fuente: El Ágora Diario

Propiedades ópticas y metálicas escarabajos de Costa Rica por Erica Robinson. Fuente: Espectro Canal UCR

31 Comentarios

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  1. Como se dice por ahí, el universo está lleno de cosas interesantes, un animal tan pequeño pero tan resistente a la vez es lo que caracteriza a este escarabajo. El exoesqueleto del llamado ‘escarabajo acorazado diabólico’ es uno de los materiales más duros de la naturaleza. Ahora, los científicos finalmente han logrado descubrir la razón detrás de la impresionante resistencia del caparazón de este insecto.

    Al contrario de la mayoría de los representantes de su orden, el Phloeodes diabolicus no puede volar. El escarabajo endémico de Estados Unidos, sin embargo, compensa la ausencia de esta capacidad con sus envidiables habilidades de supervivencia. El animal puede soportar no solo pisotones humanos, sino que también sale ileso si es aplastado por las ruedas de un automóvil. Totalmente increíble.

  2. La naturaleza nos da como ejemplo en su forma estructural una compatibilidad entre el animal y la tecnología.
    La ciencia presume que las cosas y los acontecimientos en el universo ocurren en patrones consistentes que pueden comprenderse por medio del estudio cuidadoso y sistemático.
    Dentro del plan de impacto ecológico está el utilizar una base tecnológica. Existen hoy en día Empresas que permiten hacer el relacion entre la naturaleza y la ciencia en crecimiento constante de infraestructura.

  3. Cada día nos sorprendemos con más descubrimientos de nuestro planeta, nosotros como especie tratamos de mejorar nuestro método de vida y supervivencia, pero son muy pocos los que se dan cuenta que no somos los únicos que tratan de adaptarse a los problemas que enfrentamos, si nos fijamos y aprendemos de los métodos en los que las demás especies también se adaptan podremos dar un gran avance al desarrollo de métodos de supervivencia, con aplicaciones en medicina, construcción y métodos de seguridad y calidad de vida.
    Buen articulo.

  4. Excelente artículo, la naturaleza posee las respuestas a la mayoría de las preguntas que los científicos se plantean para desarrollar nuevos materiales, para explicar ciertos fenómenos y para explorar nuestro mundo y nuestro espacio. Todos sabemos de la importancia de la naturaleza para el bienestar humano. Algunos de los beneficios que obtenemos del funcionamiento de los ecosistemas son tan importantes como algunos alimentos, agua limpia, materiales de construcción o protección contra huracanes. Además, la naturaleza ha servido de inspiración para numerosos desarrollos tecnológicos que resuelven problemas. A continuación, te contamos sobre algunos que son sorprendentes.

  5. La naturaleza nos demuestra una vez mas lo increíble que puede ser , el sistema tan perfecto que tiene; interesante como puede soportar tanto este caparazón de escarabajo, incluso perforaciones, y esto se debe principalmente a la dureza de su exoesqueleto que sirve como mecanismo de protección y autodefensa. Es por ello que ha sido analizado y estudiado por científicos para mejorar los conocimientos aplicados a la construcción y a la ingeniería, y en especial a la aeronáutica, esperemos el humano pueda replicarlo para cosas con un fin bueno y de apoyo al mundo.

  6. La evolución a través de los años a permitido que estos insecto se armen de un caparazón capaz de soportar el atropello de automóviles sin sufrir daño alguno, es increíble, los dotaron de un exoesqueleto sumamente rigido.
    El diseño estructural es lo que creen que le otorga semejante dureza, y se cree ademas que mediante investigacion se podria utilizar dicha estructura para crear estructuras de similar dureza

    • Un artículo interesante, es increíble como un escarabajo posee un caparazón muy duro capaz de resistir e imposible de aplastar.

      Cómo se sabe la naturaleza es muy impredecible que hasta el día de hoy no deja revelar sus secretos y es capaz de crear especies extraordinarias además también debemos de tomar en cuenta que así como nosotros evolucionamos los animales también lo hicieron y que mejor forma que como este escarabajo que su caparazón es tan duro que lo hace protegerse de todo aquel que quiera hacerle daño.

  7. Qué tema para más interesante, saber que hay escarabajos en donde tiene un caparazón muy duro, que es imposible de aplastar, en lo personal nunca había leído sobre estos escarabajos, y ver como poco a poco han ido mutando, en donde su cuerpo es más ágil para poder camuflarse debido a sus predadores. Y bueno me parece bien en parte que estén ana­li­zan­do y es­tu­dian­do a estos escarabajos, para me­jo­rar los co­no­ci­mien­tos apli­ca­dos a la cons­truc­ción y a la in­ge­nie­ría, y en es­pe­cial a la ae­ro­náu­ti­ca, pero también es importante resaltar que estos insectos cumplen un papel relevante en la protección de los productos.Muy buen artículo!!felicidades al autor.

  8. Es increíble como este pequeño insecto tenga tanta resistencia y pueda aguantar golpes, aplastamientos y perforaciones sin lastimar o dañar su armadura. Tal como se menciona en el artículo, este pequeño insecto denominado escarabajo diabólico acorazado puede soportar 39 000 veces su peso corporal y esto se debe principalmente a la dureza de su exoesqueleto que sirve como mecanismo de protección y autodefensa. Es por ello que ha sido analizado y estudiado por científicos para mejorar los conocimientos aplicados a la construcción y a la ingeniería, y en especial a la aeronáutica. Interesante artículo.

  9. Importante conclusión de esta investigaciòn donde el equi­po científico com­pa­ró esta re­sis­ten­cia con la de otras es­pe­cies de es­ca­ra­ba­jo con una de­pre­da­ción si­mi­lar, como el es­ca­ra­ba­jo del de­sier­to (As­bo­lus ve­rru­co­sus), que “ex­hi­bió una ri­gi­dez ini­cial si­mi­lar a la del Ph­loeo­des dia­bo­li­cus, pero se frac­tu­ró en apro­xi­ma­da­men­te el 50 % de la ten­sión, lo que su­gie­re una va­ria­ción en la com­po­si­ción o ca­rac­te­rís­ti­cas de di­se­ño den­tro del exoes­que­le­to”, ex­pli­can en el es­tu­dio.

  10. Increìble como in­sec­tos te­rres­tres, uno de los más re­sis­ten­tes, el es­ca­ra­ba­jo dia­bó­li­co aco­ra­za­do (Ph­loeo­des dia­bo­li­cus), ha sido ana­li­za­do y es­tu­dia­do para me­jo­rar los co­no­ci­mien­tos apli­ca­dos a la cons­truc­ción y a la in­ge­nie­ría, y en es­pe­cial a la ae­ro­náu­ti­ca. Un hermoso artìculo.

  11. Felicito al joven emprendedor , Brandon Franz Torres Rojas, analista juniors de Negocios Internacionales de Innov@s UNFV por incursionar en temas de investigación de ciencia y negocios con este excelente artículo.
    Luis Alberto Pintado Córdova. Director Fundador de Innov@s

  12. Estamos investigando al escarabajo para las estructuras ligeras naturales pueden obtenerlos a partir de la arquitectura. Cada pabellón es investigado y construido en un período de 18 meses. Ya se etan ejecutando edificaciones del modelo escarabajo.

  13. Existe investigaciones científicas con un enfoque del proyecto de una estrategia de diseño de abajo hacia arriba en paralelo a la investigación biomimética de caparazones compuestos de fibra natural y el desarrollo de nuevos métodos de fabricación robóticos para las fibras reforzadas de estructuras poliméricas. El objetivo fue el desarrollo de una técnica de arrollamiento para modular, estructuras de materiales compuestos de fibra de doble capa, lo que reduce el encofrado requerido a un mínimo mientras se mantiene un alto grado de libertad geométrica.

  14. El Instituto de Construcción de Estructuras y Diseño Estructural (ITKE) de la Universidad de Stuttgart y Instituto de Diseño por Ordenadores (ICD) han construido otro pabellón investigación biónico. El proyecto forma parte de una exitosa serie de pabellones de investigación que muestran el potencial de diseño novedosos, simulación y procesos de fabricación en la arquitectura. El proyecto fue planeado y construido en año y medio por los estudiantes y los investigadores dentro de un equipo multidisciplinar de arquitectos, ingenieros y biólogos. Un artículo valioso para emprendedores multidisciplinarios.

  15. Una ia investigación de estructuras ligeras naturales se ha desarrollado como una cooperación interdisciplinaria entre arquitectos e ingenieros de la Universidad de Stuttgart y biólogos de la Universidad de Tubingen en el Módulo: Construcciones biónicas de animales dirigidos por el prof. Oliver Betz (biología) y el Prof. James. H. Nebelsick (geociencias). Durante la investigación, la Elytron, un caparazón protector para las alas y el abdomen de los escarabajos, ha demostrado ser un modelo adecuado para la construcción eficiente de grandes materiales. El rendimiento de estas estructuras ligeras se basa en la morfología geométrica de un sistema de doble capa y las propiedades mecánicas del material compuesto de fibra natural. La característica anisotrópica de este material, formado por fibras de quitina embebidas en una matriz de proteína, permite propiedades de los materiales diferenciados localmente.
    Excelente artículo.