Científicos de Harvard han utilizado la impresión 3D para producir una réplica a escala de la piel de un tiburón mako que ha demostrado cómo las escamas microscópicas en forma de dientes mejoran la eficiencia de la natación del tiburón. El estudio se ha publicado en The Journal of Experimental Biology.
La piel de un tiburón puede parecer brillante y lisa mientras se desliza con elegancia por el agua, pero una inspección más detallada revela que, en realidad, está salpicada de millones de escamas tridimensionales diminutas y superpuestas, llamadas dentículos, que alteran el patrón de flujo del agua sobre el tiburón y, por tanto, ayudan a nadar. Estas intrigantes estructuras han inspirado a los científicos a lo largo de los años en el campo de la biomimética, que es la imitación de los sistemas biológicos en el diseño. En particular, los investigadores han tratado de modelar la piel de los tiburones para reducir la resistencia aerodinámica, lo que se ha intentado incluso en el diseño de coches de carreras.
Los esfuerzos anteriores para investigar con qué precisión estos dentículos otorgan ventajas en la locomoción han fracasado debido a las dificultades para replicar estas complejas estructuras, lo que significa que los modelos tuvieron que ser simplificados. Además, los modelos se basaban en estructuras rígidas que no tenían en cuenta cómo se doblan y flexionan los tiburones durante la natación.
En un intento de superar estas limitaciones, los científicos de Harvard tomaron una muestra de piel de un marrajo y la escanearon mediante microtecnologías de imagen. Esto permitió al equipo construir un modelo 3D increíblemente detallado de un solo dentículo de apenas 0,15 mm de longitud, que luego repitieron miles de veces. Ahora viene la parte realmente complicada: desarrollar un método para replicar con precisión los dentículos en una piel sintética flexible.
«Después de considerar una serie de enfoques, decidimos que la única manera de incrustar dentículos duros en un sustrato flexible era la impresora 3D», dijo el profesor Lauder, investigador principal del estudio. «Tuvimos que averiguar cómo imprimirlas con múltiples materiales… Las dentículas se incrustan en la membrana y se superponen, lo que supuso un reto clave».
Tras alrededor de un año de pruebas y errores, los científicos quedaron satisfechos con su resultado. Debido a las limitaciones impuestas por las impresoras 3D en cuanto a la resolución, los dentículos eran unas 10 veces más grandes que los encontrados en los marrajos.
El equipo recubrió entonces un dispositivo robótico con esta piel artificial y lo probó en el agua. El dispositivo podía mantenerse fijo o moverse para imitar la natación. La ventaja de estos dentículos se hizo evidente de inmediato: la piel dentada artificial aumentó la velocidad de natación en un 6,6% en comparación con un dispositivo con un revestimiento liso de control. Además, la piel artificial de tiburón redujo el gasto de energía en un 5,9%.
«Ese es un efecto enorme, si se tiene en cuenta durante toda la vida de un animal que está nadando constantemente», dijo Lauder a la BBC.
Interesantemente, los científicos también descubrieron que las mayores ventajas transmitidas por los dentículos se produjeron a velocidades más lentas, cuando el tiburón está navegando en lugar de impulsarse a través del agua para atacar a la presa.
Al tomar imágenes del flujo de agua mientras el dispositivo estaba en movimiento, el equipo pudo discernir que los dentículos también producían un vórtice de borde de ataque más fuerte que el control suave, que es un remolino de baja presión producido por el movimiento del dispositivo. Según Lauder, este hallazgo podría ser muy importante, ya que sugiere que, en lugar de limitarse a reducir la resistencia, los dentículos podrían aumentar realmente el empuje. «Puede ayudar a succionar al pez hacia delante», añadió.
Los científicos continúan actualmente el trabajo retocando los dentículos, alterando su forma y disposición para tener una mejor idea de lo que causa este aparente efecto. Pero según Lauder, probablemente pasará un tiempo antes de que veamos algún traje de baño revestido de dentículos.