A22 Desgaste de micro/nano estructuras

Tópico

Las setas adhesivas del insecto sufren un desgaste mecánico progresivo cada vez que el insecto camina sobre superficies abrasivas, y ese desgaste se acumula con cada paso de la locomoción del insecto. La ley de Archard describe cómo se comporta ese desgaste: el volumen de seta que se pierde es proporcional a la carga normal que soporta la seta y a la distancia que recorre deslizándose sobre la superficie, pero es inversamente proporcional a la dureza de esa superficie —así, una superficie de roca o de concreto desgasta las setas adhesivas mucho más que una superficie de vidrio liso.

Cada vez que ese desgaste reduce la longitud de la seta adhesiva, cambia también su punto de rigidez óptima: una seta más corta se vuelve más rígida, y esa mayor rigidez reduce la capacidad de la seta para conformarse a las irregularidades de la superficie sobre la que camina el insecto.

Esa misma pérdida de longitud tiene, además, un efecto directo sobre la adhesión de la seta: cuanto más corta se vuelve la seta, menor es el radio de contacto que logra establecer con la superficie —según describe la teoría de Hertz para el contacto entre superficies—, y la adhesión cae de forma más pronunciada que la propia longitud perdida. Por ejemplo, una seta que se acorta hasta quedar en un ochenta por ciento de su longitud original retiene apenas un setenta y dos por ciento de su adhesión original: la pérdida de adhesión es proporcionalmente mayor que la pérdida de longitud que la origina.

En las puntas de las setas adhesivas, el desgaste deja además otra marca: aparecen grietas submicrométricas que crecen con cada ciclo de fatiga, es decir, con cada ciclo de adhesión y despegue que la seta realiza contra la superficie. Estas grietas no crecen a un ritmo constante, sino que se aceleran a medida que la propia grieta se hace más grande, siguiendo el comportamiento descrito por la ley de Paris-Erdogan: cuanto más ha crecido ya una grieta, más rápido sigue creciendo en el siguiente ciclo.

El crecimiento acelerado de esas grietas es lo que finalmente define cuánto puede durar una seta adhesiva: la vida útil de Coffin-Manson predice el número total de ciclos de adhesión y despegue que la seta adhesiva puede tolerar antes de fallar, en función de qué tan grande es la deformación que sufre en cada ciclo. Cuanto mayor es esa deformación por ciclo, menor es el número de ciclos que la seta adhesiva logra soportar antes de que la grieta que crece en su punta termine por inutilizarla, cerrando así el proceso de desgaste que comenzó con el simple roce de la seta contra una superficie abrasiva.

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