“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.
“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