Животињски и биљни свет надахњују научнике вековима, а научнике је дуго интересовало зашто су одређени организми отпорни на утицај. Помислите на лубању и кљун дјетлића, на заштитни начин преклапања љуске рибе или на дебелу кору која спречава да се плод који пада, не распадне.
Сличан садржај
- Рибе су надахнуле ове елегантне, секси аутомобиле
- Како биомимикрија надахњује људске иновације
Једна суперзвезда на овом пољу је шкољка краљице шкољке, онаква какву сте можда држали за ухо да чујете оцеан. Краљицу су преболели таласи и грабежљивци, али структура материјала који чини шкољку је изузетно снажна. То је због структуре љуске која садржи крижасте слојеве калцијум-карбоната распоређене у различитим оријентацијама и раздвојене мекшим протеинима, објашњава професор инжењера МИТ-а Маркус Буехлер, чија је лабораторија направила уметничку копију ове структуре која би могла бити користили се у кацигама и другим заштитним оклопу, а резултате објавили у часопису Адванцед Материалс . И у овојници и у верзији направљеној од уметка, „зрно“ материјала се наизменично мијења за 90 степени, тако да тај утицај из било ког одређеног смера вероватно неће пробити свој пут.
"Не само што можемо да анализирамо ове системе и моделирамо их и покушавамо да их оптимизујемо, већ заправо можемо да створимо нове нове материјале са овим геометријама", каже Буехлер.
Научници су и раније моделирали структуру шкољке, али напредак 3Д штампања довео је до тога да је Буехлеров тим могао да је репродукује. Кључна иновација био је екструдер (млазница кроз који материјал тече) способан да емитује више, али сродних полимера, онај који је веома чврст и онај који је гипкији, да реплицира слојеве калцијумовог карбоната и протеина у овојници. Пошто су полимери слични, они се могу повезати без лепка, чинећи их мање вероватним да се распадну. У тестовима - који се спроводе бацањем челика тежине 5, 6 килограма различитим брзинама на листове материјала - структура укрштања показала је повећање енергије коју може да апсорбује за 85 процената у поређењу са истим материјалом без ње.
Може се чинити једноставним да се дизајнирају ствари на основу природе, али има много више за разматрати, него само копирати објект директно, истиче професор машиноградње са универзитета у Индиани, Универзитет Индианаполис, амерички Индианаполис. Товар, који није био повезан са студијом МИТ, такође ради на био-надахнутим заштитним конструкцијама, као што је дизајн аутомобила заснован на капљици воде и заштићен структуром сличном ребрастом кавезу.
Молекуларна структура шкољке може се једног дана користити за прављење јачих кацига или оклопа. (Викимедиа Цоммонс) „Постоје два начина да се уради био-инспирисан дизајн“, каже он. „Један је кроз посматрање структуре у природи, а затим покушавање опонашања те структуре. Други приступ је опонашањем процеса који природа чини да би створио структуру. “На пример, Товар је развио алгоритам за опонашање ћелијских процеса који граде људске кости, пример другог приступа. Буехлер је, насупрот томе, започео са већим материјалом или структуром на нивоу органа, шкољке краљице шарке и питао како да поново створим ту структуру са материјалима направљеним од људи.
И Товаров и Буехлеров рад укључује разлучивање који делови структуре су најважнији за њену функцију и који су остаци различитих еволуцијских притисака. За разлику од живог организма, на пример, биолошки надахнута кацига не мора да укључује биолошке функције попут дисања и раста.
„Један од кључних ствари је да [Буехлерова лабораторија] понавља хијерархијску сложеност која се налази у природи, каже Товар. „Могуће су да се користе адитивним методама производње. Они тестирају и виде импресивно повећање механичких перформанси. "
Иако је Буехлер добио средства од Министарства одбране, које је заинтересовано за кациге и оклопне каросерије за војнике, каже да је то подједнако применљиво и можда корисније у спорту, попут кацига за бициклисте или фудбала. "Они би могли да буду оптимизовани, могли би да надиђу тренутне захтеве за дизајном, који су прилично поједностављени - имате неку пену, имате тврду шкољку, и то је готово све", каже он.
Још нема кацига, каже Буехлер - направили су материјал и планирају да га следеће примене на кацигама. А дизајн је важан, чак и изван материјала. „Чак и ако овде не користимо чврсте и меке материјале, оне које смо 3Д штампали, ако то исто урадите и са другим материјалима - можете да користите челик и бетон или друге врсте полимера, можда керамику - радећи исту ствар, значи исте структуре, заправо можете побољшати чак и њихова својства, осим онога што могу сами радити “, каже он.
