Ученые-материаловеды изучают, почему эти моллюски так хорошо открываются и закрываются.
Функция складные телефоны а портативные игровые консоли, такие как Nintendo 3DS, опираются, ну, на свои петли. Открывайте и закрывайте такие гаджеты достаточное количество раз, чтобы петли начали выходить из строя, и вам может понадобиться гораздо лучшее соединение.
Как оказалось, царство животных могло исполнить это желание. Источниками вдохновения являются двустворчатые моллюски: моллюски, устрицы, моллюски, мидии и множество других двустворчатых организмов. За жизнь двустворчатого моллюска его раковины могут открываться и закрываться сотни тысяч раз, по-видимому, не получая повреждений.
Теперь команда биологов и материаловедов работала вместе, чтобы изучить случай одного конкретного двустворчатого моллюска, Кристария складчатая, жемчужница петушиный гребешок. В их газете, опубликовано в журнале Наука сегодня они не только воссоздали шарнир мидии, но и воссоздали его из стекловолокна и других современных материалов.
Петушиные жемчужницы, главные двустворчатые моллюски исследования, водятся в пресных водах по всей северо-восточной Азии. Древние китайские мастера выращивал жемчуг в раковинах этой мидии. Открывая мидию, вставляя внутрь небольшой предмет вроде бусины или крошечного Будды, закрывая животное, и пусть это будет в течение года, они могут вернуть объект позже - теперь покрытый радужным перламутр.
Перламутр, также известный как перламутр, уже давно привлекает внимание материаловедов не только своей красотой. Хотя перламутр сделан из хрупкого минерала карбоната кальция, называемого арагонитом, его структура — арагонитовые «кирпичики», склеенные белковым «раствором», — придает этому веществу невероятные свойства. сила и устойчивость.
«Многие исследователи воспроизвели различные аспекты его кирпичной и минометной структуры, чтобы попытаться создать жесткие, жесткие и прочные материалы, — говорит он. Рэйчел Крейн, биомеханик из Калифорнийского университета в Дэвисе, который не был автором новой статьи.
[Связанный: Этот новый материал такой же прочный, как сталь, но легче.]
В процессе изучения перламутра некоторые ученые не могли не заметить шарнир мидии. Несмотря на то, что шарнир сделан из того же хрупкого арагонита, шарнир гнется и растягивается, не ломаясь. «Эта исключительная производительность произвела на нас сильное впечатление, и мы решили выяснить основную причину», — говорит он. Шу-Хонг Ю, материаловед из Университета науки и технологий Китая и один из авторов статьи.
Биологи изучали шарниры и различия между ними для классификации видов двустворчатых моллюсков еще в 19 веке. Но у них не было технологии, позволяющей отделить внутреннюю структуру этих живых суставов. Однако Ю и его коллеги извлекли шарниры и исследовали их под микроскопом и анализаторами.
Они обнаружили, что шарнир двустворчатого моллюска состоит из двух ключевых частей. Первый находится в основе шарнира: складная часть в форме бумажного веера. «Ребра» вентилятора представляют собой набор крошечных арагонитовых проволок, окутанных мягкой белковой подушкой. Вторая часть представляет собой связку, эластичный слой поверх внешнего края веера.
Когда петля закрывается, белковая матрица помогает удерживать провода прямо, предотвращая их изгибание и поломку. Между тем, внешняя связка поглощает напряжение от разворачивания шарнира. Вместе эта конфигурация делает петлю особенно прочной.
Авторы помещали петли, извлеченные из мидий, в машину, которая неоднократно заставляла их открываться и закрываться. Это проверило их мастерство в условиях длительного повторяющегося стресса. Даже после 1,5 млн циклов авторы не обнаружили признаков повреждения. Другими словами, если бы мидия открывала и закрывала свои раковины каждую минуту, каждую минуту, в течение трех лет подряд, ее шарнир оставался бы полностью функциональным.
Это делает шарнир мидии сверхустойчивым к тому, что инженеры называют «усталостью». Все от гаек и болтов до моста Поддержки изнашиваются от многократного использования, точно так же, как ваши ноги могут чувствовать усталость, если вы недавно пробежали марафон. И точно так же, как пара измученных ног, утомленная часть с большей вероятностью выйдет из строя — с разрушительными последствиями. «Петля двустворчатой раковины особенно интересна не только своей усталостной прочностью, но и способностью изгибаться», — говорит Крейн.
Наверняка заманчиво представить себе причудливые двери в стиле биопанк, которые открываются и закрываются на спинках неутомимых петель-мидий. Хотя это почти наверняка непрактично, авторы считают, что эти шарниры могут вдохновить людей на создание деталей, которые хорошо служат нашим целям.
[Связанный: Перерабатывать один из самых сложных пластиков на планете стало немного проще]
На самом деле, вдохновленные найденной структурой, Ю и его коллеги создали собственную петлю из стеклянных волокон, встроенных подобно ребрам веера в полимерную матрицу. Они испытали свою искусственную петлю и обнаружили, что она держится так же, как настоящая, органическая. статья, в то время как другие петли, одна из неорганизованных стеклянных волокон, а другая со стеклянными шариками, начали ломать и трескать
Ю говорит, что их ранние разработки не предназначены для обычного использования людьми. Но это демонстрирует, что мы могли бы создать изгиб, похожий на мидию, если бы нам было нужно. Например, что, если разработчик мобильных телефонов хочет сделать складной телефон с сенсорным экраном, для которого нужен хрупкий материал, такой как стекло?
«Стратегия дизайна, вдохновленная веерообразными регионами, предлагает многообещающий способ решения этой проблемы», — говорит Ю. Его группа теперь планирует изучить, что эти мягкие белки делают в шарнире.
Но эволюция и инженерия играют по разным правилам. Не всегда легко имитировать материалы, которые развивались в течение миллионов лет. «Мельчайшие узоры в биологических структурах часто сложно и дорого воспроизвести, — говорит Крейн.
