D22 Ensayos de despegue controlado

Tópico

La fuerza de adhesión de un insecto, o de una seta adhesiva individual, se puede cuantificar bajo condiciones perfectamente reproducibles gracias a los ensayos de despegue controlado: fijar de antemano la carga aplicada, la velocidad de despegue, el ángulo de tracción y la humedad ambiente hace que cada repetición del ensayo resulte comparable con las demás, y montar al insecto vivo o a la seta aislada sobre un sensor de fuerza de alta resolución permite registrar la fuerza en función del desplazamiento a lo largo de todo el ciclo de aproximación y despegue.

Sobre ese mismo montaje de ensayo de despegue controlado existen dos protocolos básicos que exploran la fuerza de adhesión en direcciones distintas: el ensayo de despegue normal, que hace que el sensor tire de la seta en línea recta hacia arriba y mide la fuerza máxima necesaria para separarla por completo de la superficie, y el ensayo de cizalla, que en cambio hace que la seta se deslice lateralmente sobre la superficie y mide la resistencia que opone el contacto a ese deslizamiento.

La relación entre lo que revela el ensayo de despegue normal y lo que revela el ensayo de cizalla no es independiente, sino que queda descrita por un coeficiente de fricción adhesiva propio del contacto, que en las setas de insecto supera típicamente el valor de uno: esto hace que la fuerza tangencial que resiste el deslizamiento lateral llegue a ser mayor que la fuerza normal que resiste la separación vertical, un comportamiento inverso al de una fricción seca convencional entre dos superficies rígidas.

Para explorar de forma continua todo el rango que hay entre esas dos direcciones extremas, cizalla pura y separación normal, el ensayo de pelado a ángulo variable, propuesto por Kendall, hace que la seta se despegue de la superficie con un ángulo de tracción que se va variando desde una condición de cizalla pura hasta una condición de tracción completamente normal: a medida que ese ángulo de tracción crece, la fuerza de pelado necesaria para mantener el despegue también crece, y de la forma exacta en que esa fuerza de pelado aumenta con el ángulo se puede extraer directamente la energía de adhesión propia del contacto, una magnitud que cuantifica cuánta energía hace falta invertir para separar una unidad de superficie en contacto.

Cuando el contacto entre la seta y la superficie se deforma demasiado, o cuando su comportamiento deja de ser proporcional como en los casos más simples, la energía de adhesión extraída del ensayo de pelado deja de ser suficiente para describir la resistencia real del contacto, y en su lugar se recurre a una magnitud más general conocida como integral J, que mide la tenacidad adhesiva del contacto sin depender de la geometría particular con la que se haya hecho el ensayo. Con este conjunto de ensayos y magnitudes complementarias, la fuerza de adhesión del insecto queda caracterizada de manera reproducible bajo condiciones controladas, lo que hace que la adhesión de distintas especies, distintas setas y distintas condiciones ambientales resulte comparable entre sí de forma rigurosa.

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