Un nuevo estudio señala que el aparentemente divertido "emoji de caca" en realidad esconde una profunda ley de la física: la mayoría de los animales defecan hacia abajo, y cuando la caca se apila en círculos, la distancia de cada círculo se acorta gradualmente, formando así de forma natural una clásica forma de espiral en forma de cono con una parte inferior ancha y una parte superior estrecha, similar a un "vórtice de helado suave". El equipo de investigación descubrió que cuando este proceso se "invierte", como cuando ciertos gusanos excretan heces hacia arriba, las mismas leyes de la física producen una estructura completamente diferente "en forma de torre", lo que significa que incluso uno de los íconos más divertidos de nuestros teléfonos está formado por una combinación de gravedad y mecánica material.
El estudio, dirigido por Daniel Bonn del Instituto de Física de la Universidad de Ámsterdam, y sus colaboradores analizaron por qué las formas de las heces varían en la naturaleza y rastrearon la respuesta a la ley física del "enrollamiento de cuerdas elásticas", un modelo matemático utilizado para describir cómo las cuerdas y otros materiales flexibles se enrollan bajo la influencia de fuerzas externas y la gravedad. Las investigaciones muestran que los factores clave son la rigidez del propio material y la dirección de la gravedad en relación con la dirección de extrusión, de modo que los factores físicos incluso superan a los factores biológicos y evolutivos a la hora de determinar la forma de una única evacuación intestinal.
El "emoji de caca" común en la vida diaria es muy similar a la forma de una típica pila de caca en la naturaleza: es más ancho en la parte inferior y más estrecho en la parte superior, y el conjunto está apilado en forma de espiral, como un helado suave exprimido en círculos, pero es mucho menos "apetecible". La razón es que la dirección de defecación de la mayoría de los animales es hacia abajo. Cuando las heces blandas se excretan y se amontonan, la diferencia de altura de cada nuevo círculo disminuye gradualmente y el tamaño de la espiral correspondiente también se vuelve más pequeño. Con el tiempo, se forma naturalmente una pila en espiral cónica que es estrecha en la parte superior y ancha en la parte inferior.
Pero hay excepciones. Los estudios han señalado que algunos gusanos, como los gusanos, defecan hacia arriba "contra la gravedad". Cuando sus heces se acumulan en la superficie, forman una estructura similar a una pequeña torre. El radio de la bobina permanece básicamente constante a lo largo de la dirección de la altura, en lugar de apretarse gradualmente como una pila de estiércol común. Bang explicó que los gusanos lug exhiben un estado mecánico especial de "pandeo antigravedad": extruyen materiales blandos hacia arriba en la dirección opuesta a la gravedad, y los excrementos fecales que forman ya no siguen el patrón de "enrollamiento por gravedad" de los animales comunes, sino que encarnan el comportamiento de pandeo y apilamiento de sólidos blandos en condiciones antigravedad.
Este fenómeno alguna vez confundió incluso a Charles Darwin, pero la investigación actual ha dado una explicación más clara: siempre que se utilice la teoría del enrollamiento de cuerdas elásticas para describir el proceso de extrusión y enrollado de materiales blandos, puede explicar de manera uniforme las diferencias en la morfología de las heces de diferentes animales. Bang colaboró con Mehdi Habibi de la Universidad y Centro de Investigación de Wageningen y Neil M. Ribe del Centro Nacional Francés de Investigación Científica/Universidad Paris-Saclay. A través del análisis teórico y la verificación experimental, quedó claro que bajo diferentes combinaciones de gravedad y direcciones de extrusión, los materiales blandos desarrollarán naturalmente estructuras de apilamiento completamente diferentes.
El estudio encontró que la rigidez (elasticidad) y la densidad del material, así como el diámetro de las heces mismas, eran variables clave para determinar la estructura enrollada. En resumen, el radio de la espiral está determinado por una combinación del diámetro del excremento y su elasticidad y densidad, que varían ligeramente pero no mucho con la dieta, por lo que la principal diferencia entre especies es "qué tan grueso es el excremento en sí". Por ejemplo, el diámetro de los excrementos de la lombriz de lluvia es menor, formando una espiral más delgada; por el contrario, el excremento del gusano Nereis, más grande, tiene un diámetro mayor, por lo que forma espirales y acumulaciones en forma de torres significativamente más grandes. Se considera que ésta es la principal influencia de los "factores biológicos" basados en leyes físicas.
Curiosamente, estas observaciones no se limitan a las heces. El equipo de investigación señaló que los mismos principios de enrollado y pandeo también se aplican a la masa de guisantes, la pasta y otros alimentos elaborados mediante el proceso de extrusión. Bang dijo que, en realidad, una gran cantidad de alimentos y materiales se forman mediante extrusión, como diversos fideos, pastas y dulces. Las formas espirales, curvas u onduladas que exhiben durante el proceso de producción pueden describirse mediante modelos físicos similares.
La investigación también sugiere aplicaciones potenciales desde una perspectiva de ingeniería y fabricación. Bang dijo que se pueden utilizar mecanismos de enrollado similares para preparar estructuras como resortes de una manera extremadamente sencilla. Al mover el sustrato o ajustar la trayectoria del movimiento relativo cuando se extruye el material blando, se pueden generar patrones complejos y elegantes e incluso estructuras con funciones prácticas. En trabajos anteriores relacionados, los investigadores utilizaron la interacción entre sustratos en movimiento y bobinas para crear una variedad de microestructuras que son hermosas y útiles. Este estudio de la "forma de la pila de estiércol" enriquece aún más la comprensión de la gente sobre el comportamiento de los materiales blandos en un campo de gravedad.
"Más allá de la ciencia", el equipo de investigación también planea llevar estos hallazgos a la vida digital. Bang reveló que él y sus colegas están diseñando un "emoji de caca de segunda generación" y planean hacer recomendaciones formales a Unicode Alliance, que es responsable de unificar los estándares de emoji. En el futuro, se espera que los usuarios vean nuevos emoticonos de "caca" en los teléfonos móviles que sean diferentes de las imágenes existentes. Se han publicado artículos de investigación relevantes en la revista académica Nature Communications y se han verificado los datos por autores científicos independientes.