A23 Efectos de humedad y temperatura

Tópico

La adhesión que logran las setas adhesivas del insecto no depende solo de la superficie sobre la que camina, sino que está fuertemente modulada por dos condiciones del ambiente: la humedad y la temperatura. Ambas condiciones actúan sobre las setas adhesivas por caminos distintos, pero las dos terminan alterando la misma adhesión que el insecto necesita para sostenerse.

Cuando el ambiente está húmedo, el agua forma pequeños meniscos capilares justo en el punto de contacto entre la seta adhesiva y la superficie, y esos meniscos generan una fuerza capilar que, a humedades altas, puede llegar a superar en magnitud a las fuerzas de van der Waals que normalmente sostienen la adhesión. Sin embargo, esa misma agua puede jugar en contra de la adhesión si la superficie es hidrofóbica y el ángulo con que el agua la moja es muy grande: en ese caso, el agua impide que la seta logre el contacto íntimo que la adhesión necesita, en vez de reforzarlo.

Más allá de esta competencia entre fuerzas, la humedad relativa del ambiente tiene un efecto adicional sobre la energía de adhesión de la seta: cuanto mayor es la humedad relativa, mayor es esa energía de adhesión, porque el agua facilita que las moléculas se reordenen en la interfaz entre la seta y la superficie, y ese reordenamiento aumenta el área de contacto real entre ambas.

La temperatura, por su parte, actúa sobre la adhesión de la seta a través de un camino completamente distinto al de la humedad: modula la rigidez de la cera epicuticular que recubre la seta adhesiva. Por debajo de su punto de fusión, esa cera permanece sólida y rígida, y esa rigidez mantiene la adhesión de la seta en un nivel bajo. A medida que la temperatura se acerca al punto de fusión de la cera, la cera se ablanda, y ese ablandamiento permite que la seta se conforme mejor a la superficie, aumentando la adhesión. Pero si la temperatura supera el punto de fusión, la cera se funde por completo y todo el sistema de adhesión de la seta colapsa.

Algunos insectos, además, secretan un fluido aceitoso en sus setas adhesivas para mejorar el contacto con la superficie, y la viscosidad de ese fluido depende de la misma temperatura que ya determina el estado de la cera epicuticular, siguiendo la relación de Arrhenius entre temperatura y viscosidad. Esa viscosidad determina, a su vez, la fuerza de Stefan: la resistencia que ofrece la fina película de fluido viscoso a que dos superficies unidas por ella se separen, una resistencia que crece muy rápidamente con el radio de contacto entre la seta y la superficie —crece con la cuarta potencia de ese radio—, de modo que un pequeño aumento en el área de contacto se traduce en una resistencia a la separación mucho mayor.

El resultado final es que la adhesión de las setas del insecto queda atrapada entre dos factores ambientales que actúan en paralelo: la humedad, que puede reforzar la adhesión por capilaridad y reordenamiento molecular o debilitarla si moja de más una superficie hidrofóbica, y la temperatura, que primero mejora la adhesión al ablandar la cera epicuticular y la viscosidad del fluido secretado, pero que termina por colapsar por completo el sistema de adhesión si supera el punto de fusión de esa cera. Solo dentro de un rango intermedio de humedad y temperatura logran las setas adhesivas del insecto sostener la adhesión con la que el insecto necesita caminar y sujetarse a las superficies.

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