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Juan Carlos GilHéctor SocasJosé Alberto RubiñoFrancis Villatoroespectro fonónico gamba mantis pavo realondas elásticas espectro fonónicofrecuencia eje y número de onda cefcamodelado elementos finitos ondas acústicasfigura 3 análisis elementos finitosmodelado bidimensional garra mantisespectro fonónico región impactomodo rayleigh etiquetado con ranálisis en cuatro zonas garraFigura 2Modo de RayleighJuan Carlos GilGamba mantis pavo realNinja BotIllinoisLe MansUniversité Claude BernardLyonNorthwestern Universityfigura 3Mantisescala de dureza de MossFuerza Aérea de Estados UnidosOficina de Investigación NavalNational Science Foundationfigura 2FNicolás Guarín ZapataJames WeberHarvardScienceSheila PatekUniversidad de California en BerkeleyNatureFrancis Villatoroespectroscopía de rejilla transitoria (TGS)Héctor SocasTransient Rating SpectroscopyEduardo
Modelado bidimensional garra Mantis
Con
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Juan Carlos Gil explica que el modelado tridimensional de la garra raptorial de la gamba mantis pavo real sería muy complicado, por lo que optan por un modelo bidimensional que les da resultados aceptables.
…el volumen? Está bien, ahora está bien, lo dicho, yo no sé por qué la gente come esas cosas, pero bueno, vamos a seguir entonces hablando de estos animalitos desde el punto de vista de lo interesantes que son. Espérate, que es que se me ha bajado el volumen. A mí, vale, estábamos hablando por tanto de este análisis autoacústico de la garra raptorial de la gamba mantis pavo real. Los resultados fundamentales es el espectro fonónico que aparece en la figura 2 del artículo. El espectro fonónico da cuenta de cómo se propagan las ondas; estas elásticas de las que estamos hablando. Los fonones en el material es frecuencia en el eje Y y número de onda en el eje X. El número de ondas que caben en una rotación, 2pi dividido por la longitud de onda y les salen unos manchurrones que para unos espectros razonablemente ruidosos, aunque se ven bastante bien, las figuras son muy bonitas y para ayudar a su interpretación fina hacen lo que os comentaba hace unos minutos: modelado del sistema por elementos finitos de la propagación en las ondas para ver los modos acústicos y comparar y demás. Y estos resultados del análisis por elementos finitos están en la figura 3. Hacen modelado en 2D, también esto lo solemos discutir. El 3D sería muy tremendamente complicado, aunque en este caso, bueno, yo creo que podrían dar diferencias; la garra es pequeñita, pero bueno, se tienen que apañar con un 2D y les sale bastante bien, ¿vale? Bueno, el espectro fonónico, la figura 2 en la región de impacto, muestra comportamiento sencillo: un único modo acústico, no dispersivo, con una inclinación constante, que es lo que se llama modo de Rayleigh, por eso está etiquetado con una R grande. Han hecho este análisis en cuatro zonas de la garra; en una figura se ve muy bonita con cuatro colores y esta zona es el punto azul y diagramas del mismo color. Aprovechan el código de colores en la figura 2. Bueno, pues hay un único modo, no. Hay evidencia de filtrado fonónico de ningún tipo, lo que es congruente con su papel de mera transferencia directa de carga de esta primera zona de impacto, que bastante tiene la zona con aguantar el porrazo. Se ve en todos los espectros, en los cuatro, un…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil explica cómo las patas delanteras de los estomatópodos se han adaptado para la depredación, denominándose 'garras raptoriales' debido a su función.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #13 · Palabras #5garras raptoriales estomatópodosdepredación patas delanteras estomatópodosestomatópodos pose similar a mantis…parecidos y se les llama mantis a este orden porque se parecen: su pose habitual se parece a la de una mantis y además ambas son depredadoras y tienen los ojos parecidos. Peor aún, estos estomatópodos también tienen 10 patas, ¿vale? Para complicarlo mucho. pero no son todas caminadoras, las dos frontales se han adaptado fuertemente para su papel de depredación, ¿vale? Y por tanto, el nombre con el que se conoce a estas dos patas anteriores son garras raptoriales; raptoriales significa eso, adaptadas para la depredación. Decía que se parecen la pose a la mantis y también sus ojos y los ojos, de los que voy a hablar un momentito, pero son al menos tan fascinantes como los golpazos que pegan que luego desarrollaremos más Fijaos, tienen 16 tipos de pigmentos fotorreceptores, 16, los humanos tenemos 3, de esos 16, 12 están especializados en color y 4 de ellos…
Juan Carlos Gil describe los diferentes tipos de garras raptoriales presentes en los estomatópodos, diferenciando entre las garras perforadoras utilizadas para arponear presas y las golpeadoras empleadas para romper conchas.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #17garras perforadoras estomatópodos arponearestomatópodos garras frontales afiladas eduardogarras golpeadoras estomatópodos romper conchasesqueletos presas tejidos blandos estomatópodos…óptica. Bueno, pues que estas dos especies cubrían todos ellos, por lo tanto, tenían visión teóricamente perfecta. Sí, exactamente. Eso quiere decir eso, que ven polarización lineal y circular y combinaciones. Vale, pues vamos a los golpazos según su forma y función, hay dos tipos de garras raptoriales en estos estomatópodos Primero el grupo de los perforadores Hay estomatópodos que han desarrollado las garras frontales afiladas y largas para arponear a sus presas Hay algún vídeo en internet de una gambita así con dos, como Eduardo, manos tijeras Se alcaza un pececillo y lo pincha, pero vamos, instantáneamente Y luego están las golpeadoras, que tienen dos garras robustas y endurecidas en forma de maza, tal cual, o garrote que utilizan para golpear y romper las conchas, esos esqueletos de sus presas y por tanto acceder a lo que le interesa que son sus tejidos blandos. Y entre estas, entre las golpeadoras destaca una especie: Odontodactylus escilarus. Odontodactylus de griego, ¿odonto de diente, verdad? Y dedo, ¿vale? Porque estas garras, bueno, pues son espinosas y Escilarus lo buscaba por Escila, que es un monstruo marino…
Juan Carlos Gil continúa la comparación entre el impacto del golpe de una garra de estomatópodo y el de una bala de rifle, explicando que aunque el desplazamiento de la garra es pequeño (un centímetro y medio), su momento es comparable al de una nave espacial en movimiento.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #19 · Palabras #19garra estomatópodo golpe bala riflemomento garra comparable nave espacialdesplazamiento garra centímetro medio…tamaño de una bala, que es una cosa pequeñita, puede ser comparable al tamaño del apéndice con el que golpea este bicho con lo cual la idea que te haces del intercambio de momentos, el impacto que produce ese golpe, pues sería comparable al de ese balazo ¿no? Dada la similitud de tamaño, masa... Sí, obviamente el desplazamiento de esta garra es un centímetro y medio de ese orden; pega un golpe muy seco, pero sí, vamos, no es una locura que a veces se compara una nave espacial en movimiento que tiene un momento equivalente, pero claro, sí, sí, en términos de velocidad y tamaño es parecido. Bueno, pues esta maravilla pues como podéis imaginar esta extraordinaria capacidad de impacto pues ha despertado bastante interés pero ya que si comprendiésemos cómo lo consigue pues podría aprovecharse mediante biomimética que es esta disciplina que se…
Juan Carlos Gil resume los conocimientos sobre la gamba mantis pavo real y explica un estudio realizado en 2004 por Sheila Patek de la Universidad de California en Berkeley.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #12 · Palabras #12golpe gamba mantis pavo realanálisis biomecánico sheila patekgarra raptorial cinco segmentosmecanismo elástico desacoplado resorte…aficionado a los pájaros y pensó en el martín pescador que es capaz de penetrar en el agua prácticamente sin salpicar y entonces formita esta paradigmática de los trenes rápidos, sobre todo los trenes bala japoneses, estar inspiradas en el martín pescador. En 2004, empieza un pequeñísimo recorrido sobre qué sabemos y cómo de la gamba mantis pavo real. En 2004, el grupo de Sheila Patek, de la Universidad de California en Berkeley, publicó en Nature el primer análisis biomecánico detallado del golpazo de nuestra amiga y demostró, bueno, ya se sabía, pero vio que tenía cinco segmentos en su garra raptorial; eso ya estaba caracterizado, claro, pero que formaban entre ellos un mecanismo elástico desacoplado de resorte y palanca, y es lo que le permitía dar este golpazo. Entonces el segmento proximal de estos cinco, el que está más cerca del cuerpo, tiene una suerte de resorte biológico. un muelle, lo que pasa que esto es una zona endurecida en forma de silla de montar que es capaz de acumular energía elástica con una serie de músculos fuertes que tiene debajo pero de forma relativamente lenta Durante unos varios cientos de milisegundos es…
Juan Carlos Gil describe un modelo físico llamado 'Ninja Bot' construido por un grupo de investigadores para estudiar los golpes de las gambas mantis pavo real y analizar sus efectos.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #4 · Palabras #3ninja bot garra de mantis pavo realvelocidad garra mantis 80 km por horacavitación evitada en golpe mantis…Y la fuerza de este segundo golpe, que cabría esperar que fuese mucho más pequeña, bueno pues a mí me ha sorprendido porque es aproximadamente en promedio un 50% de la del primer golpe. O sea, desarrolla un golpe y medio, pero el medio suma de acuerdo al daño. Bueno, finalmente el mismo grupo en 2014 construyó un modelo físico de la garra de nuestra amiga, que llamaron Ninja Bot. Es gracioso, así de tamaño físico, bueno, con el cual podrían controlar, claro, los parámetros del golpe, ángulos, retardos, tensión y con eso identificaron y aislaron los efectos específicos y llegaron a una conclusión que es también muy simpática; a mí me llama muchísimo la atención, y es que a pesar de que la velocidad de la garra en la fase de avance hacia el objetivo, a pesar de que la velocidad es altísima, tanto como 80 km por hora, sin embargo, la garra en ese momento no desarrolla cavitación. No desarrolla cavitación porque sería muy poco eficaz para con la presa y sin embargo podría dañar a la propia gamba. Así que la evolución se la ha montado para que la cavitación se produzca tras el impacto o, como decía, si no llega, tras el chasquido. Bueno, Pues así es la evolución, siempre sorprendente. Un poquito antes de esto que os acabo de contar,…
Juan Carlos Gil continúa explicando la composición de las garras de las gambas mantis pavo real, comparándolas con los dientes humanos.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #2 · Palabras #2garras gamba mantis pavo realjames weber science 2014muda ciclo dos mesesestructura jerárquica tres capassuperficie impacto micrómetroshidroxiapatita mineral escala de mossapatito fosfato de calcio cristalinomineral modelo número 5 mosshidroxiapatita dientes humanoscaparazones y escamas vertebradosmaterial tejidos biológicos durosgarras gambas mantis pavo realsegunda capa fibras quitina mineralizadasquitina en exoesqueletos invertebradosgarra mantis pavo real fosfato calcioenlosado espina pez gamba mantispatrones decorativos edificios ladrillofisuración difusa daño ramificadoregión periódica capas quitinacapas libro angulo relativo…Pues así es la evolución, siempre sorprendente. Un poquito antes de esto que os acabo de contar, Que en el 2014, en el 2012, un grupo distinto de autores de un montón de instituciones, instituciones casi todas de Estados Unidos, encabezadas por James Weber de Harvard, publicaron en Science la composición, un análisis de la composición que permite a la fabulosa garra pegar estos porrazos de forma repetida, imaginaros, quizá incluso cientos de veces durante cada ciclo de muda, que ya sabéis que estos chismes sufren muda cada dos meses o lo que sea, sin sufrir fracturas catastróficas. Porque si pegas un golpazo y, de acuerdo, comes un pez una vez, pero se te ha roto el martillo, pues vas a pasar hambre hasta que mudes. Por lo tanto, era clave poder explicar cómo hace la gamba para esto. Y bueno, pues su análisis mostró que estas garras tienen una estructura jerárquica en tres capas: la superficie de impacto tiene un recubrimiento muy, muy fino, apenas unas decenas de micrómetros. de hidroxiapatita, lo que toda la vida hemos llamado apatito, vamos, que es el fosfato de calcio cristalino, que es el cristal; es el mineral modelo número 5 en la escala de dureza de Moss, ¿os acordáis? La del talco-yeso, yo no me las he enterado, talco-yeso los dos más blandos, corindón y diamante los dos más duros. Bueno, pues el número 5 es exactamente esto, el apatito del que estamos hablando. Y es habitual este material en tejidos biológicos duros como hueso y dientes; de hecho, nuestros mismos dientes son prácticamente hidroxiapatita dura, hidroxiapatita prácticamente pura, o sea que la primera capa de la garra de estas gampas mantis son como nuestros dientes. Luego también aparecen algunos caparazones y escamas de vertebrados, pero es muy muy raro en invertebrados como nuestra amiga Esta. Es la primera capa, le sigue una segunda capa muchísimo más gordita, casi de medio milímetro de fibras de quitina. La quitina es habitual también en exoesqueletos también de invertebrados, pero esta las tiene altamente mineralizadas, ¿os acordáis? ¿Recordar hipervitaminarse y supermineralizarse? Bueno, pues esta lo ha hecho, la segunda capa de Su garra está muy altamente mineralizada con fosfato de calcio, en este caso no cristalino, sino amorfo. Y otra de las sorpresas que nos brinda esta simpática gamba es que esta cristalización está dispuesta en forma de enlosado de espina de pez. Es un patrón en zigzag de capas oblicuas que se usa a veces para hacer los pavimentos de las calles chulas o a veces en edificios de ladrillo; queda muy vistoso en zigzag. Y bueno, pues su función es disipar. El daño mediante lo que se llama fisuración difusa, o sea que se puede ir fisurando el material pero de forma óptimamente ramificada para que no haya un colapso en una sola dirección que produzca una grieta catastrófica. Esta era la segunda zona, bueno pues por detrás hay una tercera, es lo que llaman región periódica, que son capas de haces otra vez de quitina, bastante menos mineralizada, pero son capas como páginas de un libro, pero que se apilan con un ángulo, cada una respecto de la Anterior. Por eso se llama región periódica, un ángulo de 2 o 6 grados, con lo cual unas cuantas cientos o decenas, por lo que salga, de capas amontonadas, vuelves a dar una vuelta completa y por tanto hay una periodicidad ahí con un paso de hélice…
Juan Carlos Gil continúa explicando las propiedades y aplicaciones inspiradas en la estructura de las garras de las gambas mantis pavo real, mencionando su uso en compuestos balísticos e implantes biomédicos.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #8garras mantis pavo real biomiméticacompuestos balísticos estructura gamba mantisimplantes biomédicos garras mantissimulaciones ordenador nicolás guarín zapata…eso aquí estamos hablando ya de mineralizaciones muy bajas y se ha observado en la cutícula de insectos, en escamas de peces, como decía Francis, relacionado con el brillo polarizado, incluso en el caparazón de las tortugas y también es un chisme que se ha Utilizado aprovechando la biomimética para hacer compuestos balísticos resistentes e implantes biomédicos. Es una solución óptima. Bueno, pues en 2015 un trabajo firmado por Nicolás Guarín Zapata usó simulaciones por ordenador para proponer la hipótesis de que esta región periódica helicoidal de la que estamos hablando, además de contribuir a la resistencia al impacto de nuestra gamba, podría tener otra interesante función. Podría, sugería este autor, filtrar las ondas mecánicas de alta frecuencia generadas por el golpe, pero mayoritariamente por el colapso de las burbujas de cavitación. Ondas mecánicas que obviamente se podrían reflejar, se podrían propagar hacia la gamba a…
Juan Carlos Gil explica un estudio realizado por investigadores de Northwestern University en Illinois, junto con universidades francesas de Le Mans y Lyon, que investiga la función de las garras de las gambas mantis.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #3 · Palabras #7garras mantis defensa contra el ecoondas s cizalla dura gambainvestigación northwestern university illinoisuniversidades le mans lyon francesas…la gamba mantis un escudo fonónico?" y contradeciendo a la ley esa de que si un título es negativo o la respuesta no, bueno, esto va a ser que sí. Va a ser que sí, ¿vale? Lo firma N.A. Alderete y otros autores de la Universidad Northwestern de Estados. Unidos, en Illinois creo que era, y también dos universidades de Le Mans y la Université Claude Bernard, mi francés es inexistente, de Lyon, ambas franceses. y su objetivo era confirmar o descartar la hipótesis esta de que la garra raptorial de la gamba mantis actúa tanto como arma de ataque como mecanismo de defensa contra el eco, si queréis, de su propio ataque, filtrando selectivamente las ondas estas de esfuerzo transversales, las ondas S se podrían equiparar, de cizalla dura, de alta frecuencia que serían por tanto las más dañinas para la gamba y evitando así que autolesionarse, ¿no? El eco de su propio ataque me parece una elección de palabras genial. Pero es tal cual, claro. Es que está la acción y la reacción. Hace un par de episodios hablaba de cómo moverse por el espacio. Es que no nos libramos. Es que cuando damos un golpazo contra la pared, la pared sufre, pero tú también, ¿no? Cuando golpeas la pared no parece que golpea a…
Juan Carlos Gil describe un estudio sobre las características de dispersión acústica de gambas mantis, donde se han utilizado técnicas experimentales como espectroscopía de rejilla transitoria (TGS). Menciona que ha aprendido estas técnicas leyendo el artículo y pregunta a Francis Villatoro si le resulta familiar la técnica TGS.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #14dispersión acústica gambas mantistécnicas optoacústicas análisis elementos finitosfrancis villatoro técnica tgsrejilla térmica transitoria garra mantisláseres nanosegundo superficie objetoondas superficiales láser difractadoespectrógrafo de red difracción transitorio…absorber qué sonidos, pues imagináis, pues las ondas sonoras en los kiloherzios del sonar de los murciélagos han desarrollado unas escamitas que filtran selectivamente esto, actuando así como camuflaje acústico Stealth polillas Stealth polillas, moz, ¿no? Bueno, pues flipante. Bueno, lo que han hecho en este artículo ha sido eso: estudiar las características de dispersión acústica de pobres gambas mantis que han tenido que coger sus garras, pues utilizando técnicas experimentales; ahora sí, queremos mirar qué ha hecho la naturaleza, optoacústicas, suplementadas por análisis por elementos finitos. Las técnicas son, que nos gustan mucho en este programa, y ambas dos yo las he aprendido leyendo este artículo. Primero, espectroscopía de rejilla transitoria, TGS, Transient Rating Spectroscopy ¿Te suena, Francis? Yo no la había oído nunca. Es la primera vez, la primera vez que lo escucho. Pues mira, lo que hacen es hacer incidir dos láseres de nanosegundo con determinado ángulo sobre la superficie de objeto en estudio en este caso la garrita y se genera una rejilla térmica, una rejilla térmica transitoria porque si quitas el lape... La G es de grating. Grating, rejilla, no. Grating suelen ser redes de difracción, es como se hace en espectrógrafos de red. Ojo amigo, es que una vez que hemos estimulado esa rejilla térmica en la superficie que induce ondas superficiales Ahora se mete un tercer láser, Héctor, y se difracta sobre esa rejilla transitoria y ese láser difractado el que se recibe y se analiza Ah, por eso es transitoria, o sea, es una red de difracción, o es un espectrógrafo de red de difracción, pero transitorio, porque se crea a raíz de esa primera, en ese momento O sea, produces onditas perpendiculares, digo yo, pues ahí en La superficie estudio y luego le enchufas otro láser; siempre lo digo. En este programa es que somos muy listos, somos muy imaginativos los humanos. Bueno, esto permite estudiar la propagación de estas ondas en el régimen de los megahercios, que está muy bien…
Juan Carlos Gil explica que el modelado tridimensional de la garra raptorial de la gamba mantis pavo real sería muy complicado, por lo que optan por un modelo bidimensional que les da resultados aceptables.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1espectro fonónico gamba mantis pavo realondas elásticas espectro fonónicofrecuencia eje y número de onda cefcamodelado elementos finitos ondas acústicasfigura 3 análisis elementos finitosmodelado bidimensional garra mantisespectro fonónico región impactomodo rayleigh etiquetado con ranálisis en cuatro zonas garra…el volumen? Está bien, ahora está bien, lo dicho, yo no sé por qué la gente come esas cosas, pero bueno, vamos a seguir entonces hablando de estos animalitos desde el punto de vista de lo interesantes que son. Espérate, que es que se me ha bajado el volumen. A mí, vale, estábamos hablando por tanto de este análisis autoacústico de la garra raptorial de la gamba mantis pavo real. Los resultados fundamentales es el espectro fonónico que aparece en la figura 2 del artículo. El espectro fonónico da cuenta de cómo se propagan las ondas; estas elásticas de las que estamos hablando. Los fonones en el material es frecuencia en el eje Y y número de onda en el eje X. El número de ondas que caben en una rotación, 2pi dividido por la longitud de onda y les salen unos manchurrones que para unos espectros razonablemente ruidosos, aunque se ven bastante bien, las figuras son muy bonitas y para ayudar a su interpretación fina hacen lo que os comentaba hace unos minutos: modelado del sistema por elementos finitos de la propagación en las ondas para ver los modos acústicos y comparar y demás. Y estos resultados del análisis por elementos finitos están en la figura 3. Hacen modelado en 2D, también esto lo solemos discutir. El 3D sería muy tremendamente complicado, aunque en este caso, bueno, yo creo que podrían dar diferencias; la garra es pequeñita, pero bueno, se tienen que apañar con un 2D y les sale bastante bien, ¿vale? Bueno, el espectro fonónico, la figura 2 en la región de impacto, muestra comportamiento sencillo: un único modo acústico, no dispersivo, con una inclinación constante, que es lo que se llama modo de Rayleigh, por eso está etiquetado con una R grande. Han hecho este análisis en cuatro zonas de la garra; en una figura se ve muy bonita con cuatro colores y esta zona es el punto azul y diagramas del mismo color. Aprovechan el código de colores en la figura 2. Bueno, pues hay un único modo, no. Hay evidencia de filtrado fonónico de ningún tipo, lo que es congruente con su papel de mera transferencia directa de carga de esta primera zona de impacto, que bastante tiene la zona con aguantar el porrazo. Se ve en todos los espectros, en los cuatro, un…
Juan Carlos Gil concluye el análisis acústico de la garra raptorial de la gamba mantis pavo real, destacando su capacidad para protegerse a sí misma y revelando la financiación del estudio por parte de la Fuerza Aérea de Estados Unidos y la Oficina de Investigación Naval.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #6 · Palabras #10láser de pico segundo detallesimulaciones elementos finitos interpretacióngarra raptorial gamba mantis pavo realescudo fonónico vibraciones peligrosasfinanciación estudio fuerza aérea estados unidoscavitation problema primer orden…modos ultralentos con líneas de estas en el espectro de pendiente muy baja de ondas que avanzan a velocidades muy lentas y permiten la dispersión eficaz de la energía antes de que afecte a nuestra gambita. Todos estos cosas complicadas y más ricas que en la Zona superficial se ven muy bien sobre todo en la figura 2F, que es la que corresponde a la segunda técnica del láser de pico segundo, que era la interesante para profundizar y pillar el detalle. Y bueno, todos estos resultados, resumiendo mucho porque se enrollan como deben en el artículo los investigadores, concuerdan bien con las simulaciones por elementos finitos que nos ayudan a interpretarlas. Y bueno, pues demuestran bien que la región de impacto del puño de nuestra amiga pues está optimizada para absorber y transmitir fuerza mientras que esta región periódica actúa como un cristal fonónico natural especializado en filtrar y atenuar las vibraciones peligrosas, validando por tanto la hipótesis que decía antes del escudo fonónico. Concluyendo, la gamba mantis pavo real, no hace gracia que lo digo, es una secuencia de animales; parece un chiste. No solo es impresionante por la fuerza de su doble golpe, sino también por cómo se protege de él mismo. Por cierto, este estudio ha sido financiado por la Fuerza Aérea de Estados Unidos y la Oficina de Investigación Naval de la National Science Foundation. O sea, hay interés; leía que la cavitación es un problema de primer orden. En hélices de barcos, por ejemplo, si tú le pegas un poquito de mal diseño, de ruidito, de vibración a una hélice, puede autodestruirse por cavitación. Bueno, pues este estudio demuestra que experimentalmente, por primera vez, que la estructura jerárquica de…