La biomimética del esmalte dental inspira aviones y naves espaciales más ligeros y de bajo consumo de combustible
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Siempre ha sido un misterio: ¿Cómo pueden nuestros dientes soportar tanto estrés a lo largo de los años cuando el esmalte es tan fuerte como el vidrio?
Un nuevo estudio realizado por el profesor Herzl Chai de la Escuela de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Tel Aviv y colegas del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología y la Universidad George Washington tiene la respuesta. Y tiene aplicaciones en el campo de la aviación verde.
Los investigadores aplicaron diversos grados de tensión mecánica a cientos de dientes extraídos y estudiaron lo que sucedía en ellos y en su interior.
El estudio, publicado en la edición del 5 de mayo de 2009 de Proceedings of the National Academy of Sciences, muestra que es la estructura altamente compleja de nuestros dientes lo que los mantiene unidos, y que esta estructura es prometedora para los ingenieros aeroespaciales. construir futuros aviones y vehículos espaciales «más ecológicos».
«Los dientes están hechos de un material compuesto extremadamente complejo que responde de manera extraordinaria bajo presión», dijo el profesor Chai. «Los dientes exhiben propiedades mecánicas graduadas y una geometría similar a la de una catedral, y con el tiempo desarrollan una red de microfisuras que ayudan a dispersar la presión. Esto, y la capacidad de los dientes para curar microfisuras con el tiempo, la capacidad intrínseca para evitar que los alimentos duros como las nueces se rompan en pedazos grandes cuando los comemos».
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Las industrias automotriz y aeroespacial ya utilizan materiales complejos para evitar el agrietamiento por impacto. Por ejemplo, los fuselajes de los aviones están hechos de materiales compuestos (capas de vidrio o fibra de carbono) unidos entre sí por una matriz quebradiza.
En los dientes, sin embargo, las fibras no están dispuestas en una rejilla, sino en una estructura «ondulada». A diferencia de las capas de un solo espesor utilizadas en los aviones, la jerarquía de fibras y matriz se organiza en múltiples capas. Bajo estrés mecánico, esta arquitectura no tiene una forma clara de aliviar el estrés.
Por lo tanto, los «grupos» (microfisuras incorporadas) absorben la presión constantemente para evitar la división y la fractura severa. Un diente fracturado, como dice el profesor Chai, «difícil decidir qué camino tomar», lo que hace que sea aún más difícil romper un diente. Aprovechar esta propiedad podría conducir a una nueva generación de compuestos para aeronaves más robustos.
El profesor Chai, que es ingeniero aeroespacial, sugirió que si los ingenieros pudieran combinar las capas onduladas del esmalte, el mecanismo de microfisuras y la capacidad de curación, se podrían desarrollar aeronaves y naves espaciales más livianas y fuertes. Si bien la construcción de un avión de autorreparación aún está muy lejos, este importante estudio de la estructura compuesta de los dientes ya está comenzando a inspirar a los ingenieros aeronáuticos y, por supuesto, a los dentistas.
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