Investigadores han desarrollado recientemente una estructura morfológica flexible pero resistente inspirada en el esqueleto de la estrella de mar que exhibe características de morfosis 4D con aplicaciones prometedoras para la robótica, la aviación y los dispositivos médicos.
“Las estrellas de mar poseen la notable capacidad de mantener su cuerpo en cualquier postura cambiando la rigidez de su endoesqueleto”, dice Raman, un estudiante de doctorado en el grupo de trabajo de Estructuras Biológicas y Biomimética de la Hochschule Bremen – Ciudad Universidad de Ciencias Aplicadas de Bremen, Alemania.
Los osículos son microestructuras de calcita dentro de los cuerpos de las estrellas de mar que están conectadas en una red por fibras de colágeno para formar el endoesqueleto. Esta estructura fuerte pero simple les permite mantener una amplia variedad de posturas corporales con un mínimo uso de energía.
“Nos fascinó esta solución biológica a un complejo problema de ingeniería”, dice el Sr. Raman. “Nuestro objetivo era desentrañar los secretos de su intrincado esqueleto y traducir esos principios a un nuevo material con propiedades igualmente notables”.
El Sr. Raman y su equipo utilizaron un enfoque multidisciplinario para este proyecto. Mediante el uso de escaneos de TC de rayos X de alta resolución, visualizaron las estructuras esqueléticas de la estrella de mar y utilizaron modelos matemáticos (Análisis de Elementos Finitos y Simulaciones de Multi-Cuerpo) para comprender la compleja mecánica interconectada de los componentes esqueléticos.
“Por primera vez, podemos mostrar la compleja estructura 3D del esqueleto de la estrella de mar y la fina ultraestructura de los pequeños osículos”, dice el Sr. Raman. “Ahora hemos utilizado estas ideas para el proceso de diseño biomimético de nuestra propia estructura morfológica, incorporando técnicas de prototipado rápido para la fabricación”.
El Sr. Raman y su equipo han utilizado la impresión 3D para producir diferentes prototipos funcionales que pueden realizar una impresionante gama de desafíos físicos. “Nuestra estructura morfológica patentada inspirada en la estrella de mar muestra características de autobloqueo, flexión continua, autocuración y memoria de forma”, dice el Sr. Raman.
La escalabilidad, el bajo costo y la relativa facilidad de fabricación de esta estructura morfológica brindan muchas oportunidades para aplicaciones industriales, que incluyen robótica, aviación y dispositivos biomédicos como prótesis e implantes.
Este estudio fue financiado por el programa FHprofUnt 2018 del Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania (BMBF), número de proyecto 13FH150PX8 (JHD, SL) y la beca de doctorado de la Hochschule Bremen (R).
Esta investigación se presentará en la Conferencia Anual de la Sociedad para la Biología Experimental en Praga del 2 al 5 de julio de 2024.
