Pancerz konika morskiego w robotyce

„Ogon konika morskiego może zostać skompresowany do około połowy jego rozmiaru zanim nastąpi trwałe uszkodzenie” – poinformowali inżynierowie z University of California w San Diego. Ogon jest wyjątkowo elastyczny ze względu na swoją strukturę, składa się z kościstych płytek pancernych, które mogą na siebie nawzajem nachodzić.

Naukowcy mają nadzieję, że wykorzystają podobne struktury do budowy elastycznego ramienia robota wyposażonego w mięśnie, wykonane z polimeru, który może być używany w urządzeniach medycznych, do badań podwodnych i pojazdach bezzałogowych do wykrywania bomb i ładunków. Grupa inżynierów UC San Diego, kierowana przez profesorów Joannę McKittrick i Marca Meyers’a, szczegółowo opisała swoje wyniki w marcowym wydaniu czasopisma „Acta Biomaterialia”.

Koniki morskie uzyskują swoją wyjątkową elastyczność dzięki strukturze ościstych płytek, tworzących zbroję.

Koniki morskie uzyskują swoją wyjątkową elastyczność dzięki strukturze ościstych płytek, tworzących zbroję.

Badania naturalnych materiałów mogą prowadzić do tworzenia nowych i unikalnych materiałów inspirowanych przez naturę. Są one wytrzymalsze, lżejsze i bardziej elastyczne” – powiedziała profesor McKittrick. McKittrick i Meyers długo badali pancerze wielu zwierząt, w tym aligatorów, pancerników i ryb. Tym razem celowo szukali zwierzęcia, którego zbroja będzie na tyle elastyczna by opracować ramię dla robota. Ogon jest konikowi morskiemu niezbędny, ponieważ pozwala zwierzęciu przyczepiać się do koralowców i wodorostów. Do tej pory nikt nie sądził, że ogon konika morskiego może stać się źródłem inspiracji do wytworzenia zbroi. Na koniki morskie polują m.in. żółwie morskie, kraby i ptaki – chwytają je i miażdżą zębami. Inżynierowie chcieli sprawdzić czy kościste płytki na ogonie rzeczywiście zachowują się jak ochronny pancerz. Pobrali ich fragmenty i poddali próbom ściskania. Zanotowali blisko 50% zmianę szerokości próbki zanim uległa ona trwałemu uszkodzeniu. Grupa McKittrick i Meyersa wykorzystywała również do badań szereg odczynników chemicznych, które pozwoliły zbadać strukturę i skład materiałów w ogonie.

Naukowcy odkryli, że zawartość minerałów kostnych (hydroksyapatyt) w ogonie konika jest stosunkowo niska – 40%, dla porównania 65% znajduje się w kości krowy. Płytki zawierały także 27% związków organicznych (głównie białek) oraz 33% wody. Twardość płytek ogonowych była zróżnicowana. Grzbiety okazały się być o 40% twardsze od rowków na płytce, które są porowate i pochłaniały energię pochodzącą z uderzenia. Ogon konika morskiego składa się zazwyczaj z 36 kwadratowych segmentów, z których każdy złożony jest z 4 płytek w kształcie litery L. Płytki mogą ślizgać się i nachodzić na siebie. Wewnątrz takiego segmentu znajdują się kręgi. Złącza płytek są obrotowe o trzech stopniach swobody. Płytki połączone są z kręgami za pomocą grubych warstw kolagenu i są niezwykle elastyczne.

Następnym krokiem naukowców po badaniach będzie użycie drukarki 3D do stworzenia sztucznych kostnych płytek, wyposażonych w polimer, zachowujący się jak mięśnie. Ostatecznym celem jest zbudowanie ramienia robota, które będzie hybrydą różnych materiałów. Elastyczne i wytrzymałe ramię będzie w stanie chwytać elementy o różnych kształtach i rozmiarach.

Źródło:

[1] Michael M. Porter, Ekaterina Novitskaya, Ana Bertha Castro-Ceseña, Marc A. Meyers, Joanna McKittrick. Highly deformable bones: Unusual  deformation mechanisms of seahorse armor. Acta Biomaterialia, 2013
[2] http://maeresearch.ucsd.edu/mckittrick/pubs/Seahorse_Final%20version.pdf  | 07.06.2013
[3] sea horse by jareed, flickr.com, CC BY 2.0

Dodaj pierwszy komentarz

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *