Como cualquiera que ama las nueces, Notburga Gierlinger siempre se siente frustrado por los dos o tres pistachos sin agrietar que inevitablemente terminan en el fondo de la bolsa. Las cáscaras de pistacho son difíciles de romper, «¡Siempre tengo miedo de romperme los dientes!» dice Gerlinger, biofísico de la Universidad de Recursos Naturales y Ciencias de la Vida, Viena. Ahora, ella y sus colegas han descubierto por qué los proyectiles son tan poderosos. Las nueces de terciopelo están encerradas en una microestructura «ingeniosa» de células entrelazadas tan estrechamente que nunca se dan por vencidas entre sí. El material es lo suficientemente fuerte como para que algún día se pueda usar para elementos que absorban impactos, como cascos de seguridad.

“Estos tejidos cumplen un propósito sagrado en la ciencia de los materiales”, dice Naomi Nakayama, ingeniera de bioingeniería en el Imperial College de Londres que no participó en el nuevo trabajo. Los materiales duros como el vidrio tienden a ser quebradizos y se rompen con relativa facilidad, dice, mientras que los materiales más rígidos tienden a ser flexibles, como telarañas. «Pero esto [shells] Dureza y dureza juntas. «

Para descubrir qué hace que las nueces sean tan difíciles de romper, Gierlinger y sus colegas pasaron años explorando la biomecánica de los piñones, los pistachos y las nueces, entre otras cosas. Hace dos años descubrieron el secreto de la dureza de la cáscara de nuez: consiste en Celdas de rompecabezas 3D con lóbulos entrelazados. El año pasado, descubrieron que las células de las cáscaras de pistacho también las contenían. Si bien la mayoría de las cáscaras de corteza contienen varios tipos de células, Los frutos secos y los pistachos tienen un solo tipo.

Para descubrir qué tan poderosas son esas células, el equipo de Gerlinger realizó un nuevo experimento utilizando equipos de última generación. Examinaron fragmentos rotos de cáscaras de nuez y pistacho a nanoescala utilizando un escáner de tomografía computarizada (TC), microscopios de fuerza atómica y electrónica y microscopios infrarrojos, una «tienda de dulces de ciencia de materiales» de equipos, dice Nakayama.

Gerlinger y sus colegas encontraron que las células sinápticas en las cáscaras de pistacho, como las de las cáscaras de nueces, se unen a 14 células adyacentes. Las células en ambos sobres también tienen paredes celulares rígidas llenas de espirales de microfibrillas. Pero la prueba de resistencia a la tracción mostró que el material de la cáscara del pistacho es mucho más fuerte, probablemente porque sus células contienen tres veces más lóbulos que las células de la nuez. Esto les da 30% más de superficie para bloquearse entre sí, los investigadores informan hoy en Real Sociedad de Ciencia Abierta. A diferencia de las células de nuez, las células de pistacho están conectadas a través de estructuras articuladas esféricas, similares a las articulaciones de la cadera humana, como se ve en la animación 3D (abajo). Esto convierte a los pistachos en «un maestro del entrelazamiento de células geométricas», dice Gerlender.

Cuando los investigadores observaron los bordes de las cáscaras rotas bajo sus microscopios, vieron que muchas de las células de nueces se habían desprendido de las células vecinas, con las paredes de las células sobresaliendo como protuberancias circulares en la parte superior de los cubos de Lego. Por el contrario, las colmenas de pistacho libraron una batalla mucho mayor. La mayoría de ellos no estaban separados de sus vecinos. En cambio, dividir el material de la cáscara del pistacho requirió cortar las células individuales, incluidas sus paredes duras y serpenteantes.

El biofísico de la Universidad de Cornell, Karl Niklas, que no participó en el estudio, dice que le sorprendieron las diferentes formas en que las cáscaras de nueces y pistachos respondían a las fuerzas mecánicas en diferentes niveles dentro de las estructuras de la cáscara. Sus propiedades pueden hacer que sea ideal para la creación de amortiguadores como cascos de seguridad y parachoques de automóviles. Esto se debe a que pueden tomar la energía de la colisión y, mediante la flexión o el estiramiento en lugar de la refracción, desviarla del objeto a proteger. «¿Alguna vez has intentado romper la cáscara de un pistacho con un martillo?» Él dice. «¡Lo tengo, esto no es fácil!»

Para Gierlinger, el estudio también brinda una lección valiosa: si está usando sus dientes para romper ese pistacho sin abrir, apunte al único punto débil: la costura. O mejor aún, usa un cascanueces.