El descubrimiento de extraños pelos de araña puede haber inspirado adhesivos poderosos, pero reversibles

Imagen de microscopía electrónica de barrido (SEM) de las bases adhesivas del cabello antes del pie (es decir, en la parte inferior del tallo). (A) A la izquierda están los tallos de pelo de filamentos pegajosos más cercanos al exoesqueleto. Cuando se inserta, el tallo del cabello se vuelve más delgado y se une y se adhiere a una estructura en forma de tapón en el exoesqueleto. (b) Aumento adicional de la misma área: el asterisco indica el punto focal donde el cabello puede curvarse hacia arriba. Aquí, distal versus proximal significa alejarse del lado opuesto de la garra en la punta del vástago. Crédito: B Poerschke, S. N. Gorb y F Schaber

Los ingenieros admiraron la gran versatilidad funcional del pelo de las patas de la araña.

¿Cómo caminan las arañas rectas, e incluso boca abajo, sobre diferentes tipos de superficies? La respuesta a esta pregunta puede abrir nuevas oportunidades para crear adhesivos bioinspirados fuertes pero reversibles. Los científicos han estado trabajando para comprender mejor las patas de araña durante las últimas décadas. Ahora, un nuevo estudio en Fronteras en ingeniería mecánica Fue el primero en demostrar que las propiedades de las estructuras similares a pelos que forman las patas pegajosas de una especie: la araña errante Copenius Sally Más diverso de lo que se pensaba.

Imágenes SEM de la microestructura de los pelos pegajosos (‘setas’). (a) Vista lateral que muestra el tallo del cabello de hasta 1,8 mm de longitud (no se muestra en toda su longitud) y la región de la punta cubierta con «micropelos» (estructuras similares a micropelos en los pelos adecuados). (b) Vista superior de la ‘almohadilla de escopola’ (un mechón grueso de cabello) en la parte inferior de los bebés prematuros. La zona de la punta está cubierta de finos pelos en forma de cuchara que se adhieren al sustrato al caminar. (C) Imagen de mayor aumento de una rebanada de micropelo en forma de cuchara. Crédito: B Poerschke, S. N. Gorb y F Schaber

«Cuando comenzamos los experimentos, esperábamos encontrar un ángulo específico de mejor adhesión y propiedades adhesivas similares para todos los filamentos de unión individuales», dice el líder del grupo de estudio, el Dr. Clemens Schaper, de la Universidad de Kiel en Alemania. «Pero, sorprendentemente, las fuerzas de adhesión diferían mucho entre los cabellos individuales, por ejemplo, un cabello se adhiere mejor en un ángulo bajo al sustrato mientras que el otro cabello cerca de la vertical se desempeña mejor».

Las patas de esta especie de araña consisten en aproximadamente 2.400 pelos diminutos o «pelos» (una centésima de milímetro). Schaper y sus colegas Bastian Borschke y Stanislav Sock recolectaron una muestra de estas cerdas y luego midieron qué tan bien se adherían a una variedad de superficies rugosas y lisas, incluido el vidrio. También observaron qué tan bien funcionaba el cabello desde diferentes ángulos de contacto.

Diferentes tipos de cabello funcionan juntos

Inesperadamente, cada cabello exhibió propiedades adhesivas únicas. Cuando el equipo observó los pelos bajo un microscopio poderoso, también encontraron que cada uno mostraba arreglos esqueléticos diferentes, y previamente no reconocidos. El equipo cree que esta diversidad puede ser clave para que las arañas escalen muchos tipos de superficies.

Este trabajo examinó solo una pequeña cantidad de los miles de pelos en cada pie, y está más allá del alcance de los recursos disponibles para considerar estudiarlos todos. Pero el equipo espera que no todos los pelos sean únicos y que, en su lugar, sea posible encontrar grupos o patrones que se repitan.

Son posibles las aplicaciones bioinspiradas

“Aunque todavía es muy difícil fabricar nanoestructuras como las de una araña, especialmente por la estabilidad y confiabilidad de los materiales naturales, nuestros hallazgos podrían mejorar aún más los modelos existentes de adhesivos sintéticos reversibles sin residuos”, dice. Shaper. «El principio de diferentes formas y alineación de los contactos adhesivos que se encuentran en el sistema de unión de araña puede mejorar la capacidad de unión de materiales inspirados biológicamente a una amplia gama de sustratos con diferentes propiedades».

(a) La superficie del mechón de cabello que mira hacia abajo alrededor de las garras en los bebés prematuros (los asteriscos blancos indican dos lóbulos del mechón de cabello), que se compone de miles de cerdas densamente empaquetadas. Las flechas indican la garra. (B) Vista lateral de un mechón de cabello en un mechón unido a un portaobjetos de vidrio. (C) Vista ampliada del rectángulo en el segundo panel. Observe cómo se han doblado las puntas del cabello. Crédito: B Poerschke, S. N. Gorb y F Schaber

Referencia: “Adhesión del grupo de codo único de la araña Copnius sally a sustratos de diferente rugosidad y diferente energía superficial” Por Bastian Borschke, Stanislav N. Gorb y Clemens F. Schapir, 11 de junio de 2021, disponible aquí. Fronteras en ingeniería mecánica.
DOI: 10.3389 / fmech.2021.702297