Las nervaduras centrales de las plumas de las alas cambian de forma de circular a cuadrada, añadiendo fuerza sin añadir material.
Introducción
Si bien una breve mirada al mundo construido por el hombre revelará numerosos rincones de 90 grados (libros, colchones, escritorios, puertas, ladrillos, la computadora en la que estás leyendo esto, etc.), una mirada similar al resto de la naturaleza produce muchos menos rincones de este tipo. La gente podría incluso empezar a asumir que las esquinas cuadradas no se encuentran en absoluto en el mundo natural. Pero, de hecho, lo son, ya sea en las colas de los caballitos de mar, en los tallos de las plantas de menta o (curiosamente) en los excrementos de wombat. El hecho de que los rincones sean relativamente raros en la naturaleza sugiere que algo interesante está sucediendo cuando aparecen.
Uno de los ejemplos más destacados de esquinas en la naturaleza es el raquis cuadrado, o nervadura central, de las plumas de vuelo de las aves. Las plumas de vuelo tienen una sección transversal circular donde emergen de la piel del ave. Pero gradualmente, su sección transversal se vuelve cuadrada en la dirección de la punta del ala. ¿Por qué este cambio de forma?
La estrategia
Las plumas de vuelo experimentan fuertes fuerzas de flexión cuando un pájaro levanta y baja sus alas contra el aire. La rigidez de la pluma a esas fuerzas de flexión está determinada en gran medida por la cantidad de material en su raquis o nervadura central.
Hechas de queratina, las plumas crecen de forma muy parecida al cabello humano y emergen de un folículo en la piel. Una sección transversal circular en este punto de contacto evita una acumulación desigual de presión contra la piel del ave. Sin embargo, los tubos circulares flexibles (como las pajitas de plástico) se doblan fácilmente bajo tensión. Entonces, para que la pluma resista el uso en vuelo, es necesario fortalecerla. Una solución podría ser simplemente agregar más material, convirtiendo la “pajita” en un “tubo de plomo”. Pero debido a que las plumas crecen desde la base (no desde la punta), las aves no pueden simplemente agregar material a lo largo de la nervadura central. Es por eso que cambian la forma de la nervadura central.
A medida que la punta de la característica crece hacia afuera del folículo, la queratina cambia de forma y pasa de tener una sección transversal circular a tener una sección transversal cuadrada. Esto añade robustez porque la forma cuadrada coloca más material en la dirección en la que se produciría la flexión (en este caso, hacia arriba y hacia abajo). De manera similar, en un edificio o puente, una viga en I logra mayor rigidez sin aumentar el material al colocar más material encima y debajo de la línea central de la viga.
Con el tiempo, los miembros con secciones transversales circulares pueden ovalarse bajo cargas dinámicas, haciéndolos cada vez más vulnerables al pandeo y otros problemas. Birds presenta un modelo probado en el tiempo para diseñar dichos elementos para resistir cargas de manera efectiva, con un mínimo de material, utilizando procesos practicables.
Las posibilidades
Las vigas circulares a cuadradas, ancladas en un solo extremo, tienen muchas aplicaciones tecnológicas. Los humanos los utilizan cada vez más, por ejemplo en robots alados y tecnologías de recolección de energía.
La naturaleza es realmente maravillosa. Y es una gran belleza mirar la naturaleza con el conocimiento humano.Dr. Bin Wang, Prof. MA Meyers Programa de Ingeniería y Ciencia de Materiales. Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial, Universidad de California en San Diego
