La estructura del agujero fortalece el hueso

close up of a brown horse's hoof while it stands in soil during the day

Estrategia biológica

caballo

Equipo de AskNature

Imagen: Devanath / Pixabay / Dominio público - Sin restricciones

Distribuir energía

Muchas formas de energía están disponibles naturalmente, incluyendo cinética, potencial, térmica, elástica, radiante, química y más. Todos los sistemas vivos requieren energía para llevar a cabo sus muchas actividades. La energía no es un objeto físico que se pueda sujetar, por lo que tampoco se puede empujar, jalar ni transportar. Sin embargo, puede ser transmitido o transformado. Por ejemplo, el caracol de escamas doradas tiene un caparazón de tres capas que disipa, o transfiere, las fuerzas de un depredador que lo muerde, minimizando así el daño a su cuerpo blando dentro del caparazón.

Buscar esta función

Administrar compresión

Cuando un sistema vivo está bajo compresión, hay una fuerza que lo empuja, como una silla con una persona sentada en ella. Cuando se aplica uniformemente a todos los lados de un sistema vivo, la compresión da como resultado una disminución del volumen. Cuando se aplica en dos lados, da como resultado una deformación, como cuando se empuja en dos lados de un globo. Esta deformación puede ser temporal o permanente. Debido a que los sistemas vivos deben conservar su forma más eficiente, deben asegurarse de que cualquier deformación sea temporal. El manejo de la compresión también brinda la oportunidad de disminuir los efectos de otras fuerzas. Los sistemas vivos tienen estrategias para ayudar a prevenir la compresión o recuperarse de ella, mientras mantienen su función. Por ejemplo, los elefantes africanos adultos pesan entre 4,700 y 6,048 kilogramos. Debido a que deben soportar todo ese peso en sus cuatro patas, los tejidos de sus patas tienen características que permiten que la compresión absorba y distribuya las fuerzas.

Buscar esta función

Los mamíferos

Clase Mammalia ("pecho"): Murciélagos, gatos, ballenas, caballos, humanos

Los mamíferos representan menos del 1% de todos los animales en la tierra, pero incluyen algunas de las especies más conocidas. Conocemos de primera mano algunas de las características que hacen únicos a los mamíferos, como tener pelo, poder sudar y producir leche a través de las glándulas mamarias. Otra característica crítica compartida es un conjunto de dientes altamente especializados. A diferencia de los tiburones o los caimanes, por ejemplo, cuyos dientes son generalmente del mismo tamaño y forma, los mamíferos tienen dientes de formas diferentes en diferentes áreas de las mandíbulas para apuntar a alimentos específicos o estrategias de alimentación.

Buscar este sistema vivo

Un hueso metacarpiano de un caballo evita la debilidad estructural causada por un agujero a través de una microestructura que dispersa el estrés.

Las cebras, los caballos y otras especies equinas ejercen una presión considerable sobre los huesos centrales del antepié, particularmente el tercer metacarpiano, con una fuerza notable a pesar de tener agujeros para que pasen los vasos sanguíneos. La presencia de un orificio (o foramen) en un elemento estructural ofrece el potencial para que actúe como un sitio de concentración de tensión e inicio de grietas, sin embargo, estos foramen no debilitan el hueso ni actúan como sitios de inicio de fractura. Por lo tanto, el foramen en el tercer metacarpiano de las especies equinas ha sido de interés para los ingenieros para aprender a diseñar aberturas en las estructuras de manera que se eviten las grietas.

Las características clave que los investigadores han encontrado que minimizan el agrietamiento en estos sitios son:

su ubicación en regiones que experimentan predominantemente compresión
su forma elíptica, en lugar de redonda, orientada paralela al eje longitudinal del hueso y las líneas de fuerza
el "ablandamiento" de la discontinuidad del material por una mayor adaptabilidad del tejido que rodea la abertura que desplaza las tensiones máximas lejos del borde del foramen
un anillo de mayor rigidez que refuerza el foramen a cierta distancia de él para absorber las tensiones desplazadas hacia adentro desde el borde del foramen dócil.

Muchas estructuras hechas por el hombre, como las alas de los aviones, necesitan agujeros para acomodar cables, líneas de combustible o elementos del sistema hidráulico. Por lo tanto, la inspiración del diseño de agujeros en los huesos podría tener una amplia aplicación.