Scheletele splendide ale scheletelor de arici de mare le pot întări structura

Scheletele de arici de mare pot datora o parte din rezistența lor unui design geometric comun.

Componentele scheletelor de arici de mare comune (Paracentrotus lividus) urmează un model similar cu cel găsit în fagurii de miere și în aripile libelulelor, raportează cercetătorii în August Journal of the Royal Society Interface. Studierea acestei ordini naturale recurente ar putea inspira crearea de noi materiale rezistente, dar ușoare.

Scheletele de arici prezintă „o diversitate incredibilă de structuri la microscală, variind de la complet ordonate la complet haotice”, spune biologul marin și consultantul biomimetic Valentina Perricone. Aceste structuri pot ajuta animalele să-și mențină forma atunci când se confruntă cu atacurile prădătorilor și cu stresul mediului.

În timp ce folosea un microscop electronic de scanare pentru a studia tuberculii scheletului de arici – locurile unde se atașează spinii care rezistă la forțe mecanice puternice – Perricone a observat „o regularitate curioasă”. Tuberculele par să urmeze un tip de ordine naturală comună numită model Voronoi, au constatat ea și colegii ei.

Un model Voronoi generat pe calculator în formă circulară, cu inelul exterior al cercului împărțit în multe poligoane mici
Acest model Voronoi generat pe calculator are o potrivire de 82% cu modelul găsit în scheletele de arici de mare.V. Perricone

Folosind matematica, un model Voronoi este creat printr-un proces care împarte o regiune în celule de formă poligonală care sunt construite în jurul unor puncte din interiorul lor numite semințe (SN: 9/23/18). Celulele urmează regula celui mai apropiat vecin: Fiecare punct din interiorul unei celule este mai aproape de sămânța acelei celule decât de orice altă sămânță. De asemenea, granița care separă două celule este echidistantă de ambele semințe ale acestora.

Un model Voronoi generat pe calculator a avut o potrivire de 82% cu modelul găsit în scheletele de arici de mare. Echipa bănuiește că acest aranjament produce o structură scheletică puternică, dar ușoară. Modelul „poate fi interpretat ca o soluție evolutivă” care „optimizează scheletul”, spune Perricone, de la Universitatea din Campania „Luigi Vanvitelli” din Aversa, Italia.

Urzicile, libelulele și albinele nu sunt singurii beneficiari ai arhitecturii Voronoi. „Dezvoltăm o bibliotecă de structuri bioinspirate, bazate pe Voronoi” care ar putea „servi ca soluții ușoare și rezistente” pentru proiectarea materialelor, spune Perricone. Acestea, speră ea, ar putea inspira noi dezvoltări în știința materialelor, industria aerospațială, arhitectură și construcții.