Las pruebas de hongos bajo microscopios pueden ayudar a diseñar ingenieros más fuertes materiales

Recoja el botón de hongos del supermercado y se rompió fácilmente entre los dedos. Tome un soporte de champiñones de madera del tronco del árbol y luche para interrumpirlo. Ambos extremos crecen a partir de los mismos bloques microscópicos: intestinos delgados de Hiphae hechos principalmente de la sociedad de polímeros naturales, un compuesto duro ubicado en los cangrejos.

A medida que esas tuberías de ramas y tejido, forman una luz, pero una red sorprendentemente fuerte llamada micelio. Los ingenieros están comenzando a explorar esta red para su uso en materiales ambientales.

Los filamentos llamados Hiphae son soporte para el apoyo de los hongos y por encima y por debajo del suelo, y las redes de micelio conectan más hongos juntos. MilkVood.net / Flickr, CC BI-NC-SA

Sin embargo, incluso dentro de una familia de hongos, el poder de la red de micelio puede variar ampliamente. Los científicos tienen una gran duda de que Chip acordó, no solo de lo que están hechos, mantener la clave para comprender y eventualmente controlar su fuerza. Pero recientemente, las mediciones que conectan directamente la disposición microscópica de la potencia macroscópica escasa.

Soy una ingeniería mecánica inestable. Estudiante de la Universidad de Binghamton que estudia estructuras bioinspiradas. En nuestra última investigación, mis colegas y yo establecemos una pregunta simple: ¿podemos ajustar la resistencia de los materiales similares a los hongos cambiando el ángulo de sus filamentos, sin la adición de ingredientes descuidados? La respuesta resultó ser sí.

2 especies comestibles, muchas pequeñas pruebas

En nuestro estudio, mi equipo comparó dos hongos famosos. Primero había un botón blanco para el botón blanco, cuyo tejido usa solo filamentos delgados llamados filamentos generativos. El segundo fue Maitake, que también se llama pollos del bosque, cuyo tejido se mezcla en segundos, un tipo más grueso de HIFA llamado filamentos esqueléticos. Estos esqueléticos finalizados están dispuestos aproximadamente en paralelo, como paquetes de cables.

Dos tipos de hongos utilizados en el estudio: el hongo blanco del trasero es monomita, que se muestra a la izquierda, lo que significa que solo tiene un tipo de HIFA. La madre se muestra a la derecha y se dimina, lo que significa que tiene dos tipos de HIFA. Mohamed Khalil Elhachimi

Después de las tapas y tallos de secado de luz para eliminar cualquier agua, que pueda suavizar el material y esquiar los resultados, aumentamos escaneando microscopios electrónicos y probamos muestras en dos escalas muy diferentes.

Primero probamos la compresión de un pistón macro con pistón cubrió lentamente cada glucoba mientras los sensores registraban cuánto se empujó la muestra, de la misma manera que podría apretar el húmedo, con una conexión de precisión de laboratorio.

Luego presionamos un delgado de diamante del cabello humano en filetes individuales para medir su rigidez.

Fuerza blanca que se comportó como las bandas de goma, en promedio aproximadamente 18 megapasskal en rigidez, similar a los neumáticos naturales. Los filamentos esqueléticos más gruesos en los maitakers midieron aproximadamente 560 megapascales, más de 30 veces resistentes y acercándose a la rigidez de la alta densidad de polietileno, plástico rígido utilizado en placas de corte y algunas tuberías de agua.

Dos hongos probados incluyen maché, izquierda y hongo del botón. Lance Cheung / USDA y Edenpictures / Flickr, CC

Pero la química es solo la mitad de la historia. Cuando apretamos todas las piezas, la dirección en la que descendimos aún más para Maitake. Al presionar la línea con filamentos esqueléticos paralelos, hizo un bloque 30 veces resistente desde el plegado sobre el grano. En contraste, los intrincados filamentos en los hongos blancos se sentían tan suavemente desde cualquier ángulo.

Hongos digitales y hilo retorcido

Para separar la geometría de la química, hemos convertido el metraje del microscopio en una computadora con una red Voronoi 3D, una forma que imita las paredes entre burbujas en un centavo. Piense en bolas de ping-pong estrechas en la caja: cada bola es celda y las paredes entre las celdas se convierten en nuestros filamentos simulados.

Asignamos estos filamentos de valores de endurecimiento medidos en el laboratorio, y luego giramos prácticamente toda la red en esquinas de 0 grados, 30 grados, 60 grados y completamente accidentales.

Horizontal (0 grados) los filamentos doblados como el colchón de primavera. Vertical (90 grados) El peso se adjunta casi igualmente firme como una madera densa. Simplemente inclinar la red a 60 grados casi duplicó la rigidez en comparación con 0 grados, todo sin cambiar un solo ingrediente químico.

Los investigadores modelaron estructuras con diversas orientaciones de fibra para ver cuáles son las fibras más fuertes, (b) orientación de 60 grados, (d) orientación de fibra vertical y (e) orientación de fibra aleatoria y orientación de fibra aleatoria. Mohamed Khalil Elhachimi

Básicamente, encontramos que la orientación en sí podría convertir una esponja en algo que se interponga en una presión grave. Esto indica que los fabricantes pueden hacer piezas fuertes, livianas y biodegradables, como la inselación de zapatos, el embalaje de protección e incluso las ranuras interiores de los automóviles, simplemente al guiar el hongo crece, sin mezclar aditivos más fuertes.

Materiales más verdes, y más allá

Lanza ya en ascenso “Skin” hecho de Mycelium: red de hongos de red y espuma de micelio como un reemplazo de la espuma de poliestireno.

Los hongos principales para direcciones estratégicas podrían impulsar el rendimiento mucho más alto, abriendo la puerta a los sectores en los que la proporción del rey es: considerar artículos deportivos, paneles de construcción o luz llenas en los paneles de los aviones.

El mismo kit de herramientas digitales también funciona para una capa impresa de rejilla de metal o polímero por capa. Reemplace las propiedades o en el modelo, deje que el algoritmo seleccione los mejores ángulos y luego alimente ese programa en una impresora 3D.

Un día, los ingenieros podrían elegir una aplicación que hable algo como: “Necesito un panel que esté rígido en el norte, pero flexible este-oeste”, y el programa podría escupir la carpeta del filómetro inspirada en gatos humildes.

Nuestro siguiente paso es comer miles de estas redes virtuales en el modelo de aprendizaje automático para que pueda predecir, o incluso mirar, el aspecto del filamento que alcanza la rigidez del objetivo en cualquier dirección.

Mientras tanto, los biólogos están investigando métodos de baja energía para crecer en las cartas, desde nutrientes hasta platos petriculares para la aplicación de áreas eléctricas suaves que fomentan los campos eléctricos bajos que fomentan

Este estudio nos enseñó que siempre debe necesitar una química exótica para hacer un mejor material. A veces se trata de cómo se conformas con los mismos viejos temas, solo pregúntale al hongo.