Los flaps realizan trabajos esenciales.Desde corazones que bombean hasta motores que aceleran, las aletas ayudan a que el fluido fluya en una dirección.Sin ellos, mantener los líquidos en la dirección correcta es un desafío.

Investigadores de la Universidad de Washington han descubierto una nueva forma de ayudar a que el líquido fluya en una sola dirección, pero sin solapas.en unpapelpublicado el 24 de septiembre en elActas de la Academia Nacional de Ciencias, informan que un tubo flexible, con una estructura helicoidal interior inspirada en los intestinos de tiburón, puede mantener el fluido fluyendo en una dirección sin las aletas de las que dependen los motores y la anatomía.

Los intestinos humanos son esencialmente un tubo hueco.Pero en el caso de los tiburones y las rayas, sus intestinos presentan una red de espirales que rodean un pasadizo interior.En un 2021publicación, un equipo diferente propuso que esta estructura única promovía el flujo unidireccional de fluidos, también conocido como asimetría de flujo, a través del tracto digestivo de tiburones y rayas sin aletas u otras ayudas para evitar el retroceso.Esa afirmación llamó la atención del investigador postdoctoral de la Universidad de Washington, Ido Levin, autor principal del nuevo artículo.

"La asimetría del flujo en una tubería sin aletas móviles tiene un enorme potencial tecnológico, pero el mecanismo era desconcertante", dice Levin."No estaba claro qué partes de la estructura intestinal del tiburón contribuían a la asimetría y cuáles sólo servían para aumentar la superficie de absorción de nutrientes".

Para responder a estas preguntas, Levin dirigió un equipo que incluía a los coautores Sarah Keller y Alshakim Nelson, ambos profesores de química de la Universidad de Washington, y Naroa Sadaba, investigadora postdoctoral de la Universidad de Washington.Imprimieron en 3D una serie de "tubos biomiméticos", todos con hélices interiores inspiradas en la disposición de los intestinos de los tiburones.

Variaron los parámetros geométricos entre estos prototipos de tubos, como el ángulo de paso de la hélice o el número de vueltas.Sus primeras tuberías se imprimieron con materiales rígidos y descubrieron que algunas mostraban una fuerte preferencia por el flujo unidireccional.

"La primera medición de la asimetría del flujo fue un momento 'Eureka'", dijo Levin."Hasta ese instante, no sabíamos si nuestras estructuras idealizadas podrían reproducir los efectos de flujo observados en los tiburones".

Al ajustar aún más los parámetros geométricos e imprimir nuevos diseños, los investigadores aumentaron la asimetría del flujo hasta que rivalizó e incluso superó los diseños del famoso inventor Nikola Tesla, quien hace más de un siglo patentó la válvula Tesla, un dispositivo de flujo de fluido unidireccional sinpartes móviles.

"No se puede vencer a Tesla todos los días", dijo Levin.

Pero los intestinos de los tiburones, al igual que los intestinos humanos, no son rígidos.El equipo sospechaba que las llamadas "estructuras deformables", que están hechas de materiales más flexibles, podrían funcionar incluso mejor como válvulas Tesla.Imprimieron en 3D una segunda serie de prototipos hechos del polímero más blando que se puede imprimir y está disponible comercialmente.

Estos diseños de tuberías flexibles, que imitan mejor los intestinos de tiburón tanto por su "deformabilidad" como por sus hélices interiores, funcionaron al menos siete veces mejor en comparación con todas las válvulas Tesla medidas anteriormente.

"Los químicos ya estaban motivados para desarrollar polímeros que fueran a la vez suaves, fuertes e imprimibles", afirmó Nelson, un experto en el desarrollo de nuevos tipos de polímeros."El uso potencial de estos polímeros para controlar el flujo en aplicaciones que van desde la ingeniería hasta la medicina fortalece esa motivación".

"Los intestinos reales siguen siendo unas 100 veces más blandos que nuestro material blando, por lo que hay mucho margen de mejora", afirmó Sadaba.

Keller atribuye el éxito del proyecto a las ideas interdisciplinarias del equipo en biología, química y física, y a los propios tiburones.

"La biomimética es una forma poderosa de descubrir nuevos diseños", dijo Keller."Nunca hubiéramos pensado en las estructuras nosotros mismos".