Las observaciones que los investigadores han hecho acerca de por qué el cabello humano es tan fuerte y resistente a la rotura podría ser la base para el desarrollo de nuevos materiales sintéticos, incluyendo polímeros que podrían ser adecuados para el blindaje corporal.
El cabello humano tiene una relación de resistencia a peso comparable al acero y puede ser estirado hasta una vez y media su longitud original antes de romperse. Entender por qué esto es así, fue el objetivo de un equipo interdisciplinario de ingenieros mecánicos y nanoingenieros en la Universidad de California en San Diego.
Los investigadores observaron a nivel nanoescala cómo una hebra de cabello humano se comporta cuando se deforma o se estira. Lo que encontraron fue que el pelo se comporta de manera diferente dependiendo de cuan rápido o lento es estirado; Mientras mas rápido se estira el pelo más fuerte es, dijeron.
Marc Meyers, un profesor de ingeniería mecánica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de California en San Diego, dijo que uno de los intereses del equipo en estudiar la fuerza del cabello humano se remonta a la época romana, donde el pelo humano y de caballo se usaba para propulsar poderosas maquinas bélicas llamadas ballestas, dijo. Las ballestas eran misileras antiguas que podían lanzar proyectiles hacia un objetivo distante.
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| Los nanocientíficos de la Universidad de California en San Diego han investigado por qué el pelo es increíblemente fuerte y resistente a la rotura. Su trabajo podría inspirar el desarrollo de materiales más fuertes para la armadura corporal y otras aplicaciones. (Fuente: iStock.com/natevplas) |
"Descubrimos que la queratina en el pelo, debido a una transformación de alfa a beta que ocurre en el estiramiento, puede almacenar una gran cantidad de energía", dijo a Design News en una entrevista. "Por lo tanto, confirmamos la solidez del uso del cabello para las ballestas".
La razón por la que el cabello puede ser estirado hasta tal grado e incluso ganar fuerza radica en cómo su estructura cambia, según los investigadores. El pelo se compone de dos partes principales - la corteza, que se compone de fibrillas paralelas, y la matriz, que tiene una estructura amorfa. La matriz es sensible a la velocidad a la cual se deforma el cabello, mientras que la corteza no lo es.
La combinación de estos dos componentes da al cabello la capacidad de soportar un alto esfuerzo y deformación, dijo Meyers, un fenómeno que los investigadores observaron a escala nanométrica.
A este nivel, se pudo observar cómo las fibrillas de corteza en el cabello están compuestas por miles de cadenas de moléculas enrolladas en espiral llamadas cadenas de hélice alfa . A medida que se deforma el cabello, las cadenas de hélice alfa se desenrollan y se convierten en estructuras de láminas plisadas llamadas hojas beta. Es este cambio estructural que permite al cabello manejar una gran cantidad de deformación sin romperse, según los investigadores.
"La naturaleza crea una variedad de materiales y arquitecturas interesantes de maneras muy ingeniosas", dijo Meyers de los hallazgos. "Estamos interesados en entender la correlación entre la estructura y las propiedades de los materiales biológicos para desarrollar diseños y materiales sintéticos basados en la naturaleza que tienen un mejor desempeño que los existentes".
Otra observación interesante que los investigadores hicieron es que la transformación estructural del cabello experimenta cuando se estira es parcialmente reversible, dijeron. Cuando el pelo se estira bajo una pequeña cantidad de deformación, puede recuperar su forma original, pero si se estira más, ya no puede.
Esta y otras investigaciones llevadas a cabo por el equipo los llevaron a creer que su trabajo podría ser utilizado para desarrollar nuevos materiales, incluyendo polímeros que podrían ser usados para el futuro diseño de blindaje, dijo Meyers.
"No estamos predicando el uso del cabello, pero proponemos que los polímeros sintéticos sometidos a una transición de fase reversible similar se pueden desarrollar y serían excelentes materiales candidatos para el componente fibroso del blindaje", dijo.
Meyers es el autor principal de un informe que el equipo publicó sobre su trabajo en la revista Materials Science and Engineering: C.
El equipo actualmente está realizando más estudios sobre los efectos del agua sobre las propiedades del cabello humano y planea en el futuro observar el mecanismo detallado de cómo lavar el cabello hace que vuelva a su forma original.
Elizabeth Montalbano es una escritora independiente que ha escrito sobre tecnología y cultura por más de 15 años. Actualmente reside en un pueblo de la costa suroeste de Portugal.
Elizabeth Montalbano
Design News
02 Marzo 2017
La razón por la que el cabello puede ser estirado hasta tal grado e incluso ganar fuerza radica en cómo su estructura cambia, según los investigadores. El pelo se compone de dos partes principales - la corteza, que se compone de fibrillas paralelas, y la matriz, que tiene una estructura amorfa. La matriz es sensible a la velocidad a la cual se deforma el cabello, mientras que la corteza no lo es.
La combinación de estos dos componentes da al cabello la capacidad de soportar un alto esfuerzo y deformación, dijo Meyers, un fenómeno que los investigadores observaron a escala nanométrica.
A este nivel, se pudo observar cómo las fibrillas de corteza en el cabello están compuestas por miles de cadenas de moléculas enrolladas en espiral llamadas cadenas de hélice alfa . A medida que se deforma el cabello, las cadenas de hélice alfa se desenrollan y se convierten en estructuras de láminas plisadas llamadas hojas beta. Es este cambio estructural que permite al cabello manejar una gran cantidad de deformación sin romperse, según los investigadores.
"La naturaleza crea una variedad de materiales y arquitecturas interesantes de maneras muy ingeniosas", dijo Meyers de los hallazgos. "Estamos interesados en entender la correlación entre la estructura y las propiedades de los materiales biológicos para desarrollar diseños y materiales sintéticos basados en la naturaleza que tienen un mejor desempeño que los existentes".
Otra observación interesante que los investigadores hicieron es que la transformación estructural del cabello experimenta cuando se estira es parcialmente reversible, dijeron. Cuando el pelo se estira bajo una pequeña cantidad de deformación, puede recuperar su forma original, pero si se estira más, ya no puede.
Esta y otras investigaciones llevadas a cabo por el equipo los llevaron a creer que su trabajo podría ser utilizado para desarrollar nuevos materiales, incluyendo polímeros que podrían ser usados para el futuro diseño de blindaje, dijo Meyers.
"No estamos predicando el uso del cabello, pero proponemos que los polímeros sintéticos sometidos a una transición de fase reversible similar se pueden desarrollar y serían excelentes materiales candidatos para el componente fibroso del blindaje", dijo.
Meyers es el autor principal de un informe que el equipo publicó sobre su trabajo en la revista Materials Science and Engineering: C.
El equipo actualmente está realizando más estudios sobre los efectos del agua sobre las propiedades del cabello humano y planea en el futuro observar el mecanismo detallado de cómo lavar el cabello hace que vuelva a su forma original.
Elizabeth Montalbano es una escritora independiente que ha escrito sobre tecnología y cultura por más de 15 años. Actualmente reside en un pueblo de la costa suroeste de Portugal.
Elizabeth Montalbano
Design News
02 Marzo 2017
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