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Qu’est-ce qui rend les dents de fourmis si fortes et acérées

Crédit : Pixabay.

Ce n’est un secret pour personne que les fourmis sont exceptionnellement fortes et rapides par rapport à leur taille corporelle. La fourmi moyenne peut porter jusqu’à 50 fois son poids corporel et peut s’enfuir à une vitesse de près de 800 fois la longueur de son corps par minute. Cependant, un fait moins connu est que les fourmis possèdent également des dents super fortes, qu’elles utilisent pour grignoter le butin de leurs pique-niques et creuser des tunnels dans le sol.

Maintenant, les scientifiques ont zoomé sur les minuscules prothèses dentaires des insectes à l’aide de l’imagerie atomique pour en savoir plus sur ce qui rend les dents si fortes et acérées. Dans le processus, le secret révélé peut être utilisé pour développer de nouveaux outils miniatures.

Des dents comme un scalpel

Chercheurs de l’Université de l’Oregon et du Département américain de l’énergie (DOE) Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique (PNNL) a développé des techniques spéciales pour mesurer la dureté, l’élasticité et la résistance mécanique des objets à l’échelle micro. La dent de fourmi, attachée à une mâchoire inférieure plus fine qu’une touffe de poils, était l’occasion rêvée de tester ces techniques.

Le scientifique des matériaux Aaron Devarage et le doctorant Xiaoyue Wang, tous deux du PNNL, ont focalisé un microscope à faisceau ionique sur la pointe d’une minuscule dent de fourmi. Ils ont utilisé la tomographie par sonde atomique pour imager l’échantillon touché par les ions, leur permettant de déterminer comment les atomes individuels sont disposés dans la structure de la dent.

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Cette enquête a montré que la dent de fourmi est composée d’atomes simples de zinc disposés selon un motif uniforme et spécifique qui assure une efficacité de coupe maximale. De plus, la structure empêche également les dents de s’émousser, en maintenant leur netteté tout au long de la vie des insectes. Et comme les atomes de zinc sont répartis uniformément sur la dent, la force de morsure l’est aussi chaque fois qu’une fourmi écrase quelque chose, protégeant ainsi la mâchoire inférieure.

“Nous avons pu voir que le zinc était réparti uniformément dans les dents, ce qui était une surprise”, a déclaré Devaraj dans un communiqué. “Nous nous attendions à ce que le zinc se rassemble en nano-nodules.”

Il va de soi que les fourmis ont développé des dents super efficaces, étant donné qu’elles utilisent leurs mâchoires inférieures non seulement pour mâcher des feuilles et des proies, mais aussi pour soulever, transporter et se défendre.

Selon les calculs de Devaraj et ses collègues, cette structure permet aux fourmis d’utiliser leur énergie plus efficacement. L’équipe estime que lorsqu’elle mord, elle n’utilise que 60% de la force dont elle aurait eu besoin si ses dents étaient faites des mêmes matériaux que les dents humaines. Cela permet aux fourmis de faire plus avec moins de muscle. Il en va probablement de même pour les insectes et autres crustacés qui utilisent des instruments dentaires spécialisés similaires.

Robert ScofieldD., professeur agrégé à l’Université de l’Oregon et auteur principal de l’étude, pense qu’il y a beaucoup à apprendre ici. Il possède une vaste expérience dans l’étude des microstructures de l’acier pour trouver le bon mélange de matériaux qui améliorent la résistance à l’usure, en mettant l’accent sur la résistance à la corrosion. Schofield pense que les conceptions biomimétiques qui s’inspirent des populations de fourmis en ajoutant du zinc uniformément réparti dans la formulation du matériau pourraient être utiles à l’avenir.

“La dureté des dents de fourmi, par exemple, passe de presque la dureté du plastique à celle de l’aluminium lorsque le zinc est ajouté. Bien qu’il existe des matériaux d’ingénierie beaucoup plus durs, ils sont souvent plus cassants”, a déclaré Schofield.

Pendant ce temps, Devaraj et ses collègues du PNNL examinent d’autres petits outils biologiques utilisés dans le règne animal, des piqûres de scorpion aux défenses d’araignées.

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Les résultats sont parus dans la revue Rapports scientifiques.