Principia

El escarabajo Phloeodes diabolicus, también llamado escarabajo diabólico acorazado vive en un hábitat desértico del suroeste de Estados Unidos. En su adaptación al medio ha desarrollado un exoesqueleto  muy duro y resistente al aplastamiento, que le permite protegerse de los depredadores. Sus élitros, las alas duras que se pliegan para proteger a las alas finas y flexibles de los insectos, se han adaptado formando parte del exoesqueleto. Esta adaptación no permite que el insecto vuele, pero a cambio lo ha dotado de una estructura resistente y robusta  frente a los ataques.

Un grupo de investigadores de los departamentos de ingeniería de las Universidades de California, Universidad de Purdue (EE. UU.), Universidad de Texas, y la Universidad de Tokio han realizado un estudio exhaustivo del escarabajo diabólico acorazado para conocer la composición de su exoesqueleto, así como su estructura obteniendo mapas a escalas micrométricas y nanométricas.

En las imágenes obtenidas del escarabajo a escalas microscópicas y con espectroscopios de alta resolución se ha descubierto que el secreto de la resistencia del insecto radica en la composición de su material y la estructura de su exoesqueleto.

En pruebas de compresión se pudo comprobar que el escarabajo diabólico acorazado puede soportar sobre su exoesqueleto una fuerza de unas treinta y nueve mil veces su peso corporal. En una comparación similar una persona de unos noventa kilogramos debería soportar una masa de unos tres millones y medio de kilogramos.

Respecto al análisis de las imágenes obtenidas de la estructura interna, los investigadores  comprobaron que los élitros del coleóptero han evolucionado para convertirse en una especie de escudo protector sólido, formado de capas de quitina y una matriz proteica. De hecho, en comparación con la composición proteica de un escarabajo volador, el escarabajo diabólico acorazado tiene una concentración mayor de proteínas de aproximadamente un diez por ciento más, lo cual contribuiría a la mayor dureza de los élitros.

En el estudio de la geometría de la sutura medial, zona en la que se unen las dos partes de los élitros, los investigadores descubrieron que se parece a las piezas entrelazadas de un rompecabezas. Las cuales al tener que soportar fuerzas en lugar de romperse por las zonas más estrechas lo hacen en forma de lámina o en capas, lo cual proporciona robustez de la estructura del exoesqueleto.

Inspirados en las características del insecto, los investigadores construyeron unas piezas hechas de plásticos reforzados y con acoplamientos de aluminio encajados y entrelazados basados en la geometría del coleóptero, comprobando en las pruebas mecánicas que la estructura era más fuerte y resistente en comparación con el uso de remaches y sujeciones tradicionalmente usadas.

Los resultados de la investigación se han publicado en la revista Nature. Según las conclusiones de los investigadores es la geometría, la composición y el ensamblaje del exoesqueleto lo que proporciona al escarabajo diabólico acorazado sus calidades de resistencia y robustez. Los conocimientos adquiridos en esta investigación, según los científicos, son aplicables  en áreas como la biología, la física, la mecánica y la ciencia de los materiales en aplicaciones de ingeniería aeronáutica.