Los camarones mantis son famosos por su impresionante capacidad de golpeo, capaz de romper conchas, cristal de acuarios e incluso generar ondas de choque bajo el agua. Pero, ¿cómo pueden soportar sus propios impactos sin autodestruirse? Investigadores de la Universidad Northwestern han descubierto el mecanismo que les permite resistir estos golpes devastadores: un escudo fonónico que filtra las ondas de choque antes de que puedan causar daño interno.
El estudio, publicado en la revista Science, revela que la clave está en la microestructura del dáctilo, el apéndice con el que golpean. Su estructura, compuesta por fibras organizadas en patrones específicos, bloquea frecuencias de estrés dañinas, protegiendo el tejido blando del animal. Este descubrimiento no solo ayuda a entender mejor la biología del camarón mantis, sino que también podría inspirar nuevos materiales para armaduras y dispositivos de protección en aplicaciones militares y deportivas.
La potencia de un golpe sin igual
El camarón mantis puede lanzar un golpe con una fuerza de hasta 1500 N, equivalente a la de una bala calibre .22. Este golpe es tan rápido que alcanza 23 metros por segundo, creando burbujas de cavitación que colapsan y generan ondas de choque secundarias. Este efecto aumenta la fuerza del impacto y puede pulverizar conchas de moluscos en milisegundos.
Sin embargo, esta fuerza descomunal supone un problema: el propio cuerpo del camarón también debería sufrir las consecuencias de sus ataques. Las ondas de choque y vibraciones podrían fracturar su dáctilo o dañar sus tejidos blandos. Para evitarlo, han desarrollado un sistema de defensa natural basado en la filtración de ondas mecánicas, un mecanismo que la ingeniería aún no ha replicado en su totalidad.
Un escudo natural basado en la física de las ondas
El dáctilo del camarón mantis es una estructura altamente especializada. Su capa externa es extremadamente dura, gracias a un revestimiento de hidroxiapatita de unos 70 µm de espesor, que lo protege del desgaste y fracturas.
Bajo esta capa se encuentra una zona de fibras de quitina mineralizadas, dispuestas en un patrón en espiga. Esta estructura absorbe parte del impacto y evita la propagación de grietas.
Más profundo aún, los investigadores descubrieron una estructura de Bouligand, compuesta por fibras organizadas en capas rotadas en espiral. Esta disposición genera bandas de frecuencia bloqueadas, conocidas como bandgaps fonónicos, que impiden que ciertas ondas de choque de alta frecuencia viajen a través del material.
Este fenómeno es clave: al bloquear las frecuencias más dañinas, el camarón mantis evita la acumulación de estrés en su cuerpo, asegurando que sus tejidos internos permanezcan intactos tras cada golpe.
Cómo descubrieron los científicos el mecanismo
Para analizar esta estructura en detalle, los investigadores emplearon espectroscopía de rejilla transitoria (TGS) y ultrasonidos de picosegundo, técnicas avanzadas que permiten visualizar cómo se propagan las ondas a través de materiales microscópicos.
Los experimentos revelaron que el dáctilo filtra selectivamente las ondas de alta frecuencia (entre 450 y 480 MHz), las mismas generadas por el colapso de burbujas tras el impacto. Este descubrimiento confirma que el camarón mantis utiliza un principio físico similar al de los metamateriales fonónicos, que pueden manipular la propagación del sonido y las vibraciones.
Los investigadores también realizaron simulaciones computacionales utilizando análisis de Bloch-Floquet para entender mejor cómo las ondas de choque se dispersan en esta estructura. Estas simulaciones confirmaron que la disposición helicoidal de las fibras impide la transmisión eficiente de ondas destructivas.
Posibles aplicaciones en tecnología y protección humana
El descubrimiento del escudo fonónico del camarón mantis podría tener aplicaciones revolucionarias en tecnología de protección. Los materiales diseñados para bloquear selectivamente ciertas frecuencias de vibración podrían utilizarse en cascos de protección, armaduras militares o dispositivos para mitigar explosiones.
En el ámbito de la ingeniería civil, estos principios podrían aplicarse en estructuras antisísmicas o en el desarrollo de materiales que reduzcan la transmisión de ondas de choque en edificios y vehículos.
Aún queda mucho por investigar. Los científicos planean realizar estudios en tres dimensiones, combinando modelos matemáticos con experimentos en ambientes acuáticos reales. Esto permitirá entender mejor cómo el camarón mantis ha optimizado su estructura para resistir impactos extremos.
Referencias
- N. A. Alderete et al.,Does the mantis shrimp pack a phononic shield? Science 387,659-666(2025).DOI:10.1126/science.adq7100.
Cortesía de Muy Interesante
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