Cientistas chineses trabalhando com outros pesquisadores descobriram pela primeira vez os mecanismos subjacentes da estrutura hierárquica das barbatanas de baleia, com o objetivo de desenvolver materiais de engenharia avançados. Em uma publicação recente, O Dr. Bin Wang, dos Institutos de Tecnologia Avançada de Shenzhen da Academia Chinesa de Ciências, e colaboradores americanos revelaram como os mecanismos subjacentes da estrutura hierárquica das barbatanas contribuem para seu comportamento de fratura único.

O oceano possui uma cornucópia de organismos que prosperam por meio de estratégias engenhosas, proporcionando assim uma grande inspiração para a inovação. As baleias de barbatanas são particularmente notáveis ​​devido às muitas propriedades importantes de suas barbatanas características, o aparelho de alimentação do filtro dentro da cavidade oral dos misticetos (baleias de barbatanas). É composto por uma série de placas paralelas suspensas do palato em ambos os lados da boca e é o material mais mineralizado das queratinas. Baleen permite uma alimentação eficiente de grandes quantidades de zooplâncton pequeno. Esse mecanismo de filtragem permitiu que os misticetos evoluíssem para as maiores criaturas vivas da Terra.

Tomando o lugar dos dentes, barbatana resiste a toda uma vida de forças geradas pelo fluxo de água e presas sem fraturar. De fato, resistência à fratura, que mede a integridade estrutural para um funcionamento confiável, é uma propriedade de material crucial para barbatanas e também para materiais utilizados em aplicações marítimas. Embora raramente estudado, baleen é conhecido por ser forte e flexível. Foi um material popular usado em espartilhos do século 11 ao 20 e foi usado na cestaria nativa do Alasca.

A pesquisa do Prof. Wang e colegas mostra que a estrutura em nanoescala dos filamentos intermediários e dos cristais minerais das barbatanas, que estão embutidos em uma matriz amorfa, aumenta sua rigidez e resistência. Além disso, lamelas tubulares em microescala controlam a direção da propagação da trinca em caso de fratura, e fivela e cisalhamento sob compressão. Além disso, a estrutura tubular em sanduíche do baleen aumenta a rigidez e resistência à flexão com uma economia de peso favorável.

"Baleen tem uma resistência altamente anisotrópica, "disse o Prof. Meyers." Na direção longitudinal, as rachaduras se propagam com facilidade, levando à delaminação desejável, desfiando, e formação de cerdas, necessário para a ação de filtragem, enquanto na direção transversal, a propagação da trinca é resistida pela estrutura tubular, fornecendo a resistência necessária ao fluxo de água e ao impacto da presa. "

Experimentos quase estáticos e dinâmicos, que suportam o comportamento de fratura anisotrópica da barbatana, mostrou uma transição dúctil para frágil, com uma taxa de deformação aumentando na condição seca, mas ausente na condição hidratada.

A análise relacionada incorporando o efeito de plastificação da água e o enrijecimento da taxa de deformação forneceu novas informações sobre o comportamento das barbatanas sob fatores concorrentes de hidratação e carregamento dinâmico, que é uma consideração chave para projetar novos materiais de engenharia para o ambiente marinho.

O professor Wang disse que é "incrível e excitante" estudar baleen a partir de uma perspectiva de engenharia de materiais. Wang enfatizou que as novas descobertas no design de materiais relacionadas à barbatana podem ajudar a atingir o "objetivo final" de desenvolver materiais de engenharia avançados.