Cómo fortalecer los huesos

Esto está inspirado en nuestro tercer desafío quincenal, pero de todos modos es una pregunta que tengo desde hace un tiempo.

Los huesos son estructuras seriamente complejas. Mucho más complicado que la mayoría de los materiales estructurales que usan los humanos. Son porosos, con secciones compactas y esponjosas que se reparan solas. Los huesos dependen principalmente de la hidroxiapatita para su resistencia estructural, pero también del colágeno para hacerlos más resistentes a las roturas. Esto da como resultado un buen material para fabricar cuerpos. Me gustaría hacerlo mejor.

Me gustaría saber cómo una criatura podría, asumiendo una biología y recursos similares a los de la Tierra, tener mejores huesos. Específicamente, ¿cómo puede mejorar la dureza , la resistencia a la compresión y el esfuerzo cortante del hueso sin aumentar drásticamente el peso? Esta es una referencia que muestra algunos de los números a vencer, pero los enumeraré aquí para simplificar:

  • Resistencia a la compresión: 170 MPa
  • Dureza de la Hidroxilapatita: 5 (Escala de Mohs)
  • Esfuerzo cortante: 51,6 MPa

Editar : si cree que una criatura podría usar materiales múltiples o diferentes para su esqueleto (ya que el hueso tiene muchos propósitos diferentes), indique por qué en su respuesta.

La espuma basada en nanotubos de carbono probablemente haría el truco. Tiene una resistencia a la compresión y a la tracción decente y, al mismo tiempo, es muy ligero. Encontrar el material intersticial es un poco más complicado.
@IsaacKotlicky Estoy emocionado por su respuesta formal. Será mejor que saltes sobre eso antes de que alguien más lo haga.
Usted ha dicho que la masa no debería aumentar, ¿deberían las respuestas incluir también métodos factibles de autorreparación?
@Samuel Sí, eso sería lo mejor. Si tiene una estructura similar al hueso, algo poroso, podría suponer que los vasos sanguíneos y otras células necesarias impregnan esa área.
¿De qué sirve la dureza en los huesos? ¿Esperas que se rayen o se rompan o algo así?
@MikeL. Si los huesos fueran más duros o estuvieran hechos de un mejor material, no se romperían tan fácilmente. Eso permite criaturas más grandes, mejores placas de armadura (en el caso de las tortugas), dientes más afilados, saltos y caídas más altos y, en general, más robustez.
@PipperChip Hardness realmente no hace lo que parece pensar que hace. En el caso de los huesos (los dientes son de un material diferente), la dureza solo importaría si intentara astillarlos o rayarlos directamente con algún otro objeto (por lo tanto, posiblemente para los caparazones de los huesos). Al menos para las criaturas endoesqueléticas, un objeto extraño que entra en contacto directo con un hueso lo suficientemente duro como para astillarlo significa que probablemente tengas problemas mayores en este momento.
@MikeL. Lo estaba generalizando para otras personas que estaban interesadas. Sí, la dureza importa; si eres carnívoro y quieres comer médula ósea nutritiva, una mayor dureza te ayudará a romper los huesos de otras personas. Si tienes más preguntas, háblame en el chat.
Para los huesos, le sugiero que busque más dureza (ver wikipedia) en lugar de dureza o fuerza (cualquier tipo de fuerza). Es una medida de la energía que puede consumir en un corto período de tiempo sin romperse. Por ejemplo al caer. La resistencia solo es viable para esfuerzos aplicados de forma muy lenta (diferencia entre construir una casa sobre hormigón o golpearla con un pequeño martillo). La tenacidad antes de la deformación permanente es (aproximadamente) en el mejor de los casos una función de la deformación y la resistencia. Aunque la deformación permanente menor (digamos hasta el 2%) es probablemente aceptable en los huesos y puede curarse.
@HSquirrel, estás hablando del punto de rendimiento ; esto se define y mide para la mayoría de los materiales comunes.
Como han observado otros, la dureza no es tan importante para los huesos, a menos que sus criaturas tengan caparazones de hueso o si la mejora también se puede aplicar a los dientes. Además, la resistencia a la compresión del hueso ya es bastante impresionante. Le sugiero que se concentre en mejorar la resistencia al corte de los huesos, ya que esa es su debilidad relativa.
No es suficiente para una respuesta, pero creo que encontraría esto interesante: newscientist.com/article/…

Respuestas (6)

Podrías hacer esto simplemente sustituyendo el calcio por otra cosa. Tal vez el carbono como sugirió @IsaacKotlicky, ya que es bastante ligero y fuerte.
Por un poco más de peso, podría tejer hierro en la estructura ósea. Ya usamos hierro en nuestra sangre, y la sangre se fabrica en la médula ósea, por lo que no es un gran salto sugerir que en esta criatura el hierro también podría almacenarse en los huesos hasta que se necesite para la fabricación de sangre como reservorio.

Esto te daría una criatura que tendría huesos realmente fuertes y sería capaz de sobrevivir mejor a la pérdida de sangre.

EDITAR:

Ok, algunos números... No soy ningún tipo de ólogo, por lo que en su mayoría son estimaciones aproximadas.
El calcio es un metal, por lo que asumiremos que esta criatura usa hierro en lugar de calcio para la mitad de su masa ósea en una matriz de calcio/hierro.

Un esqueleto masculino humano pesa alrededor de 13607 g (30 lb). Si reemplazara la mitad del peso con hierro en lugar de calcio, pesaría aproximadamente 16283 g (35 lb).

Calcio:
Módulo de cizallamiento: 7,4 GPa
Dureza Mohs: 1,75
Dureza Brinell 170-416 MPa

Hierro:
Módulo de cizallamiento: 82 GPa
Dureza Mohs: 4
Dureza Brinell: 200-1180 MPa

No puedo comenzar a adivinar cómo sería el compuesto de hierro/calcio resultante con respecto a la resistencia (especialmente porque la estructura del hueso ya es mucho más fuerte de lo que debería ser el uso de calcio como material de construcción), pero considerando cómo El hierro es mucho más fuerte que el calcio. Creo que es seguro asumir que la estructura resultante sería mejor en casi todos los sentidos, con solo un ligero aumento de peso.

Fuente:
http://www.materialstoday.com/mechanical-properties/news/why-are-your-bones-not-made-of-steel/

Algunas buenas ideas, pero ¿qué tan ligeras y fuertes son estas alternativas? Estoy buscando detalles, no generalidades.
Presumiblemente, hay alguna razón por la que nuestro cuerpo usa calcio en lugar de hierro de forma natural, supongo que disponibilidad, pero podría haber otras razones por las que los huesos de hierro en realidad no funcionan (reacciones químicas o tener demasiado hierro, por ejemplo). Sin embargo, probablemente tendría que presionar Biology SE para tener una idea sólida al respecto.
Supongo que la razón por la que el calcio utilizado es más fuerte de lo sugerido se debe a la estructura (química y cristalina) del compuesto. El hierro solo tiene la resistencia dada para una determinada estructura (creo que probablemente tengas la del hierro fundido, no estoy seguro). En cualquier caso, hay características más importantes a tener en cuenta para la fuerza, pero tendré que elaborar eso en una respuesta.
@HSquirrel Tiene razón, y dado que no soy lo suficientemente inteligente como para diseñar mi criatura a nivel celular (Cebolla), voy a postular que la aleación de hierro/calcio resultante tendrá propiedades similares para mejorar la resistencia.
Tenga en cuenta que necesitaría algún otro material para almacenar calcio, parte de por qué el hueso evolucionó fue como una forma de almacenar calcio y fósforo para el resto del cuerpo.
@John Si vuelve a leer la respuesta, no estoy diciendo que los huesos deban estar hechos completamente de hierro, sino que sean una red de hierro/calcio, donde aún queda aproximadamente la mitad del calcio.
@AndyD273, ¿cómo planeas unir el calcio con el hierro? lo más cercano que puede obtener es la ferrita de calcio que utiliza el estado oxidado mucho menos fuerte del hierro.
@John No es un enlace de hierro/calcio, sino una red. Una especie de estructura de hierro con huecos o huecos, en la que se almacena el calcio. Si observas la microestructura del hueso, verás que ya tiene una forma de tipo entramado, lo que le da mucha resistencia para su peso. Si tuviera una red de hierro y entrelazara una red de calcio separada alrededor y a través de ella, entonces tendría la fuerza y ​​aún tendría el calcio.
El "enrejado" en el hueso es fosfato de calcio y colágeno, reemplazarlo con hierro hará que el hueso sea mucho más débil y pesado. Incluso si descubrió una forma de unir el colágeno al hierro, en realidad no gana mucha fuerza, sino que agrega mucho peso, especialmente porque necesita volver a agregar el calcio y el fosfato. como referencia, el mineral en el hueso es hidroxiapatita, las características del calcio metálico no son útiles.
@John Es posible que sepa más sobre la química y la estructura del hueso que yo, así que gracias por la información adicional. Para una criatura alienígena en un entorno que no es de ciencia dura, donde los huesos infundidos con hierro son seleccionados evolutivamente, podría ser que la vida encontrara una manera, especialmente porque la vida es bastante genial de esa manera. De cualquier manera, no puedo investigar mucho en una respuesta de casi 5 años en este momento, por lo que su información es útil. Gracias.

Primero voy a responder a su pregunta tal como está. Luego elaboraré y trataré de responder la pregunta en un sentido más general.

Responder a la pregunta tal cual

Si todo lo que le importa es la dureza, la resistencia a la compresión y la resistencia al corte, podría tomar algo como el diamante (o un material similar que sea más fácil de producir biológicamente) Diamante (consulte las referencias 1 , 2 , 3 y 4 ) :

Dureza de Moh: 10

Resistencia a la tracción: 60 GPa (los cristales perfectos pueden tener hasta 225 GPa)

Resistencia al corte: 95 GPa

Resistencia a la compresión 223 - 470 GPa

Hasta ahora estamos viendo el doble de duro y aproximadamente 1000 veces más fuerte.

Introduzca tenacidad a: 2,0 MPa m1/2

En comparación con la dureza del hueso (consulte la referencia 5 ) es más como 3,6 MPa m1/2

Así que los huesos de diamantes en realidad se romperían más rápido. Potencialmente, le permitirían ejercer fuerzas significativamente mayores si lo hiciera lo suficientemente lento y si el resto de su cuerpo pudiera manejarlo.

Respuesta más general

Primero tendríamos que ver para qué usamos los huesos y qué propiedades necesitaríamos para eso.

Los huesos se utilizan para unir los músculos y soportar las tensiones inducidas por el uso de los músculos. En general, estas fuerzas no ocurren repentinamente, por lo que podemos usar la resistencia a la tracción y la resistencia al corte para ver cuánto pueden soportar los huesos. Intente buscar los valores de rendimiento en ambos casos, ya que desea que las tensiones permanezcan en el rango elástico (no sería bueno que sus huesos se deformen permanentemente mientras los usa). Algo menos importante es la cantidad de deformación que ocurre en el hueso. Desea que sea lo suficientemente bajo como para no molestarlo en el movimiento y también bajo para reducir el gasto de energía para doblar el hueso, de modo que la mayor parte de la energía gastada se destine al movimiento previsto (la energía para doblar es tensión multiplicada por la cantidad de deformación). Eso se reduce a tener un módulo de Young alto. Por lo tanto, buscamos principalmente alta resistencia y, hasta cierto punto, alta rigidez.

Los huesos también se utilizan para mantener la forma de su cuerpo. Esto significa que deben deformarse poco bajo diversas tensiones (elásticamente). Esto es de nuevo la rigidez.

Los huesos te protegen del daño. Los huesos deben hacer frente a la vida (caídas, impactos,...). Ambos requieren alta tenacidad. Puede mirar la tenacidad total (absorción de energía hasta la rotura) o la tenacidad elástica (absorción de energía hasta la deformación permanente).

También sería menos que ideal si sus huesos se deformaran fácilmente de forma permanente (doblar los huesos para que vuelvan a estar en forma parece más difícil que reparar huesos rotos). Esto implica que la resistencia a la fluencia esté muy cerca de la resistencia real (por lo que se produce la rotura en lugar de la flexión). Supongo que este es algo más discutible.

Los huesos deben poder crecer orgánicamente (se acumulan lentamente, no solo parecen terminados de una vez).

Los huesos tienen que vivir en tu cuerpo. Por lo tanto, deberían corroerse mínimamente en las condiciones presentes en su cuerpo y tener un impacto negativo mínimo.

Así que ahora hemos preparado la escena:

Fuerza lo suficientemente alta (rendimiento) para soportar la carga del uso de los músculos, el peso del cuerpo.

Rigidez lo suficientemente alta para mantener su forma y un uso óptimo de la energía.

Dureza lo suficientemente alta como para hacer frente a impactos repentinos como caídas, golpes,...

Además de esos requisitos, también tendríamos que ver qué es biológicamente factible.

Los metales serían un buen comienzo (estoy pensando en acero endurecido, que es más fuerte y resistente que el hueso, pero las deformaciones plásticas son mínimas). Sin embargo, los metales tienen la desventaja de que es difícil convertirlos en la composición requerida por medio de un proceso biológico. También pueden corroerse y ser venenosos. Si pudiéramos purificarlos de alguna manera y pudiéramos recubrirlos para mantenerlos separados del cuerpo, podría ser una opción. En cualquier caso, otras respuestas han tratado esto lo suficiente, por lo que no siento la necesidad de agregar mucho más.

De lo contrario, estoy pensando en todo tipo de polímeros biológicos. Algunos de los materiales más fuertes y resistentes conocidos por el hombre son los polímeros biológicos. La seda de araña, por ejemplo, tiene una resistencia a la tracción de hasta 2000 MPa y es muy resistente. Desafortunadamente, se deforma con bastante facilidad ya que tiene poca rigidez. Así que tener huesos de algo parecido a la seda de araña sería como tener huesos de goma muy fuertes. Hacerlo más rígido con enlaces cruzados adicionales entre las cadenas de proteínas podría ayudar a hacerlo más rígido (aunque también menos resistente).

En general, miraría los polímeros reforzados. La vida es buena para hacer polímeros y polímeros reforzados (ejemplo: la madera son fibras fuertes en una matriz polimérica). Entonces, solo necesitaría encontrar la fibra correcta y la matriz de polímero correcta para rodearla. Otros ejemplos de estructuras reforzadas son la fibra de carbono con matriz adhesiva (cuadros de bicicleta de alta resistencia y bajo peso). Toda la estructura se puede endurecer (a costa de la tenacidad) agregando partículas duras (como sales de calcio). Tenga en cuenta que si aumenta su rigidez, generalmente reduce su dureza (a menos que también logre aumentar su resistencia total o su deformación máxima).

Mucho depende también de la estructura exacta de su material (acumulación molecular, orientación, enlaces cruzados, estructura cristalina, ...).

Puede probar los dientes de lapa (consulte la referencia 6 ) que tienen una resistencia a la tracción de 3 a 6,5 ​​GPa, si es necesario, combinados con algún tipo de fibra más larga para mantenerlo fuerte en tamaños más grandes.

Probablemente pueda salirse con la suya simplemente atribuyéndolo a un cambio en la microestructura (incluso sin elementos agregados o reemplazos), aunque eso podría no ser tan bueno como las nuevas moléculas elegantes :-).

Tenga en cuenta que el calcio, el componente principal de los huesos, es de hecho un metal. En realidad, el cuerpo humano usa toneladas de diferentes metales para hacer muchas cosas. Nuestra sangre está compuesta principalmente de hierro, por ejemplo. Los procesos biológicos son realmente buenos en el uso de metales, pero no en el sentido más común de "acero".
Sí, nuestros cuerpos son muy buenos para usar metales (en el sentido de metales elementales) pero muy malos para usar metales (en el sentido de enlaces metálicos). Esto debido al hecho de que los enlaces metálicos no son químicamente tan estables (por ejemplo, el hierro unido al metal se oxidaría), es por eso que usamos el titanio más caro en las prótesis (bastante estable en nuestros cuerpos). Ver en.wikipedia.org/wiki/Metal para varias definiciones de metal. El metal en el cuerpo humano generalmente se une como un enlace iónico o covalente en alguna estructura química.

Incluso los humanos tienen una forma de fortalecer los huesos. Echa un vistazo a la ley de Wolff. El hueso de una persona o animal sano se adaptará a las cargas bajo las cuales se le coloca. Las artes marciales se aprovechan de esto.

http://en.wikipedia.org/wiki/Wolff%27s_law

¿Te importaría decir cuánto se fortalecen los huesos? ¿Sería comparable con, digamos, el acero? ¿Es una mejora del 50% y en qué atributo?
No puedo decirte los números ya que no soy biólogo. Puedo darte un ejemplo de personas que persiguieron su entrenamiento de "cuerpo de hierro", como lo llaman los chinos. El boxeador tailandés Melchor Menon, por ejemplo, fortaleció su espinilla al nivel que ahora puede romper un bate de béisbol con una patada.
@Januson, creo que la técnica es más importante que la fuerza ósea para eso. ¿Lo rompe en el mango o en el cañón?
En algún lugar a lo largo del mango. Tienes razón. La técnica es importante para generar suficiente fuerza para abrirse paso, pero sin la fuerza de los huesos, su espinilla se rompería con el impacto.
+1 por usar los recursos que tenemos. Supongo que podrías entrenar fácilmente usando una gravedad intensa (a diferencia de los problemas óseos que tenemos con una gravedad más ligera). Un beneficio adicional del entrenamiento óseo es que normalmente también entrenas otras estructuras (tendones, ligamentos, músculos) para obtener un aumento neto de la fuerza. Sería interesante conocer los límites teóricos de este fortalecimiento y si existen compensaciones.

Bueno, los nanotubos de carbono son obviamente el material del futuro, pero realmente no sé mucho sobre eso, así que se lo dejaré a @IsaacKotlicky.

En lugar de eso, tomaré una ruta diferente y veré si podemos integrar acero en los huesos de sus criaturas. Ahora, hablaré de los huesos del endoesqueleto (es decir, los que se encuentran en el interior y que soportan principalmente la postura y la locomoción); hay consideraciones bastante diferentes sobre los huesos del exoesqueleto (p. ej., el caparazón de tortuga) y estructuras similares que no son del todo óseas (dientes), que mencionaré al final.

Materiales

La palabra "acero" en realidad se refiere a una variedad bastante amplia de (principalmente) aleaciones de carbono y hierro, con una variedad igualmente amplia de propiedades. No pude encontrar cifras para el esfuerzo cortante del acero (presumiblemente porque depende en gran medida de la geometría), pero el límite elástico (por ejemplo, el esfuerzo más allá del cual el material se dobla permanentemente o se rompe si es duro/quebradizo) parece sea ​​aproximadamente 10 veces más alto en comparación con el hueso para una barra de acero decente que puede convertir en algo en su fragua.

Esto es algo bueno, porque la flexibilidad (expresada como un alto límite elástico) será un requisito principal para un hueso endoesquelético: desea que pueda soportar la mayor cantidad de estrés posible mientras se flexiona, de modo que (en situaciones de trauma) absorbe tanto impacto como sea posible sin doblarse o romperse irreversiblemente.

Tenga en cuenta que este es el tipo de flexibilidad del que generalmente hablamos en ingeniería estructural: un buen hueso será flexible como una buena espada, en lugar de fláccido como el caucho.

Fabricación orgánica de acero

Obviamente, no podremos derretir hierro (o mineral de hierro) dentro de su organismo típico. La buena noticia es que es posible que no tengamos que hacerlo.

Los dos procesos químicos que necesita dominar son primero obtener el hierro en primer lugar y luego crear acero y convertirlo en algo útil.

Su cuerpo ya puede obtener hierro de los alimentos, es de lo que están hechos sus glóbulos rojos, entre otras cosas, pero para la producción de volumen, es posible que desee buscar otras fuentes. El hierro es uno de los elementos más abundantes, principalmente en forma de varios óxidos, por lo que es posible que tus criaturas coman algo que contenga polvo de hematita. Extraer hierro atómico de la hematita es una cuestión de reducción: en la práctica industrial, esto se hace en un horno que usa coque como agente reductor, pero estoy bastante seguro de que cualquier número de reactivos disponibles orgánicamente sería suficiente.

Entonces, ahora que tienes hierro, ¿qué haces a continuación? Bueno, el hierro (y todos los demás metales, en realidad), tienen la propiedad interesante de que si simplemente junta dos piezas en un entorno químico favorable (como el vacío, pero cualquier cosa que evite que la superficie se oxide funcionará) , se soldarán en frío . De esta manera, podría acumular pequeñas partículas de hierro en estructuras más grandes, intercalándolas con un poco de cementita para aumentar el contenido de carbono, hasta obtener acero.

Alterando las propiedades

Las propiedades del acero dependen en gran medida del tamaño y la configuración de los monocristales que lo componen (además de la composición química exacta, por supuesto). En general, los cristales más grandes hacen que el acero sea más duro y quebradizo, mientras que los más pequeños lo hacen más blando y flexible; quieres lograr un equilibrio aquí.

El cuerpo humano, entre otros, parece ser capaz de producir sustancias cristalinas; así es como se hace esmalte a partir de hidroxiapatita, así que voy a continuar con eso y asumiré que podemos diseñar un proceso orgánico que hará crecer microcristales de diferentes tamaños.

Construyendo huesos

Al depositarlos y soldarlos juntos, posiblemente podría construir matrices de propiedades deseables, muy parecidas a las que tenemos dentro de nuestros huesos, pero hechas de acero. Si agrega células con la capacidad de oxidar selectivamente algunas partes de esa matriz, ahora tiene osteoblastos y osteoplastos y sus huesos de acero tienen la misma capacidad de autoreparación y adaptación que los huesos normales.

Exactamente cuáles serían las propiedades de dicho hueso es una incógnita, y depende en gran medida de la geometría de la malla del hueso y de las fuerzas aplicadas. Podemos tomar el factor de 10 como el caso ideal, pero otras cosas a considerar son que la geometría inteligente en realidad puede hacer que un artículo de acero sea más fuerte de lo que sugeriría su peso/volumen (así es como funcionan las vigas en I, básicamente), además, si puede juegue con el contenido de carbono y los tamaños de los cristales, puede mezclarlos para imitar la soldadura de patrones o templar/templar sin el calor (generalmente) necesario.

notas finales

Prometí mencionar algo sobre los dientes aquí, así que aquí va: donde se necesita flexibilidad y no esperas que el objeto sea rayado o astillado directamente por algo realmente duro, realmente no te importa la alta dureza. Por el contrario, la dureza generalmente se correlaciona con la fragilidad, lo que a su vez disminuye la flexibilidad, por lo que es algo que quizás desee evitar.

En algunos casos, sin embargo, podría ser beneficioso. Los dientes pueden ser uno de esos casos (no son propiamente huesos, pero el esmalte, la parte externa dura, también se basa principalmente en hidroxilapatita), donde al lograr el equilibrio entre dureza y fragilidad, es posible que desee ir un poco más alto en el escala de dureza (aunque no tan alta como para romperse los dientes al morder con fuerza).

Dependiendo de cómo esté hecho, el acero se ejecuta en la escala de Mohs desde 4 hasta 8. De lo contrario, hay muchos minerales más duros que la hidroxiapatita de los que podrías hacer crecer cristales usando un proceso similar, aunque debe tenerse en cuenta que, a diferencia del hueso, un diente roto no se puede reparar (no hay osteoplastos u osteoblastos que lo hagan dentro de un diente). Por supuesto, podrías seguir el camino del tiburón y simplemente hacer crecer uno nuevo, si así lo deseas.

Finalmente, tenga en cuenta que los huesos más fuertes por sí solos no significan que pueda someter a su criatura a un abuso ilimitado: el desgaste intenso o un impacto significativo pueden dañar las articulaciones, y también necesita buenos músculos para sostener el esqueleto y ayudar a absorber las fuerzas. Además, escuché que se supone que los huesos se rompen para absorber el impacto que causaría un mayor daño a otras partes del cuerpo; hacerlos irrompibles podría causar otros problemas más adelante.

Bueno, este fue un ejercicio mental divertido; Espero no haber escrito nada escandalosamente mal :)

Yo diría que si el cuerpo puede hacer crecer microcristales orgánicamente, probablemente tendría mucho mejor control sobre la microestructura que el que tenemos con la metalurgia actual. Entonces, para las características del material en este caso, puede elegir cualquier acero existente y nuestro cuerpo probablemente los tendrá, pero solo un poco mejores (menos impurezas no deseadas para reducir la resistencia).
En términos de que te equivocas escandalosamente, ¿estás seguro de los cristales pequeños y los cristales grandes (pensé que los cristales grandes significaban un material más suave y dúctil)? Pensé que evitar los cristales grandes en la práctica tenía más que ver con el deseo de un tamaño de cristal uniforme (propiedades materiales más uniformes en lugar de variaciones locales). Aunque podría haberlo entendido mal.
@HSquirrel Sí, eso es lo que buscaba, simplemente no quería sobrestimar las capacidades de una "biofábrica" ​​como esta. Es posible que haya confundido la cosa con los cristales, pero recuerdo que jugar con el tamaño de los cristales componentes es cómo funcionan el templado y el enfriamiento.
Bastante justo para la biofábrica. Busqué lo del tamaño del cristal y resulta que depende. Me basé en un libro de texto tradicional de ciencia de materiales donde solo saben que la disminución del tamaño del grano aumenta la fuerza. La gente trató de reducir el tamaño del grano aún más, pero los tamaños de grano inferiores a 10 nm parecen no aumentar la resistencia o incluso disminuirla ( en.wikipedia.org/wiki/… ). Gracias por hacerme aprender algo nuevo :D.
@HSquirrel No hay problema, en cualquier momento :)

Una cosa interesante que encuentro sobre los humanos es la percepción común de que somos débiles en el reino animal, que a medida que evolucionamos para la inteligencia, perdemos fuerza muscular (y presumiblemente) ósea. Y técnicamente esto es cierto: puede compararnos con los chimpancés, que son aproximadamente el doble de fuertes que los humanos libra por libra.

Pero el hecho es que no hay almuerzo gratis en la evolución o el diseño del cuerpo. Músculos y huesos más fuertes requieren más energía y tardan más en sanar. Los seres humanos somos "débiles" porque lo débil es eficiente , y con la tecnología podemos priorizar la eficiencia sobre la fuerza y ​​aun así salir adelante, mejorando nuestra capacidad general para sobrevivir. Y los huesos humanos pueden romperse, pero podemos curar ese hueso roto. Piense en caerse: si su hueso no se rompe, pero sus músculos no son más fuertes, su hueso podría literalmente arrancarse de la estructura muscular. Eso podría convertir una fractura de 6 semanas en un escenario de amputación o muerte.

Ahora, esto no quiere decir que no puedas fortalecer los huesos de tus criaturas: aquí hay muchas respuestas excelentes, desde nanotubos de carbono hasta titanio o acero. Pero no debe fortalecerlos de forma aislada . Un esqueleto más fuerte requiere un sistema muscular más fuerte y más robusto, mayores requisitos de energía y puede resultar en un tiempo más difícil para recuperarse de las lesiones. También es posible que desee cambiar la estructura misma de su animal para que pueda usar esos huesos súper fuertes para proteger el resto del cuerpo; por ejemplo, tal vez el animal pueda "bloquear" el esqueleto en su lugar, de modo que la mayor parte del impacto de una caída o impacto es absorbido por el esqueleto, protegiendo así los músculos y ligamentos comparativamente más débiles.

Interesante, pero no creo que esto realmente responda la pregunta. Estamos abordando la mejora ósea aquí, no por qué las cosas son como son. De hecho, solo hay dos respuestas hasta ahora. Responder en los comentarios no es la forma SE.
@PipperChip: el último párrafo pretende abordar eso. Creo que hay varias formas obvias de mejorar los huesos (usando materiales más fuertes conocidos), pero quería abordar los efectos secundarios y las características de diseño (en otras palabras, no solo quieres poner huesos más fuertes en una criatura, quieres considerar los efectos secundarios y los cambios de diseño que son posibles con huesos más fuertes). Pero podría estar fuera del alcance de una respuesta, no estaba 100% seguro al publicarlo.
Soy muy consciente de los problemas de diseño de huesos simplemente más fuertes sin las articulaciones adecuadas que los acompañen. También hubo una discusión en el chat esta mañana sobre esto.
El hueso está conectado a los músculos por tendones. Entonces, cuando un hueso es literalmente arrancado de la estructura muscular, tienes un tendón roto (desgarrado). Si bien esto puede ser doloroso y debilitante, no veo cómo es significativamente peor que una fractura de hueso. Los tiempos de recuperación son bastante comparables. Ciertamente no es letal.
@KSmarts: Estoy pensando en una situación en la que se arranca el hueso y luego atraviesa el músculo; si el hueso no puede romperse y actuar como amortiguador, esa energía tiene que ir a alguna parte. Así que piense en lo que sería una fractura al aire libre, pero un extremo del hueso está completamente arrancado del cuerpo y ya no está conectado en absoluto.
@DanSmolinske Nuevamente, no veo cómo eso sería mucho peor que una fractura similar.
@KSmarts: Mi hipótesis es que si los huesos más fuertes fueran beneficiosos, los habríamos desarrollado en algún momento. Por lo tanto, tiene que haber una desventaja negativa para tener huesos más fuertes que supere su beneficio. Las dos posibilidades que se me ocurren de inmediato son 1) mayores requisitos dietéticos, o 2) lesiones empeoradas o con menos posibilidades de supervivencia. Para mí tiene sentido que las lesiones violentas puedan cambiar de manera negativa con huesos más fuertes, pero, por supuesto, podría estar equivocado.

Cuando queremos fortalecer un material, como el hormigón, poner un poco de estructura metálica en la mezcla ayuda mucho... como en el hormigón armado.

En teoría, un animal podría hacerle esto a sus propios huesos... depositando un metal en la estructura ósea en fibras, produciendo una red interna de material más fuerte. Piense en un resultado similar a la fibra de vidrio, pero con metal.

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