מדעני חומרים חוקרים מדוע רכיכות אלו כל כך מעולות בפתיחה ובסגירה.
הפונקציה של טלפונים מתקפלים וקונסולות משחק כף יד כמו ה-Nintendo 3DS תלויות בצירים שלהן. פתח וסגור גאדג'טים כאלה מספיק פעמים כדי שהצירים יתחילו להיכשל, ואתה עלול למצוא את עצמך מייחל לג'וינט הרבה יותר טוב.
כפי שזה קורה, ייתכן שתחום החיות הגשים את המשאלה הזו. מקורות ההשראה לובשים צורה של צדפות: צדפות, צדפות, צלעות, מולים ועוד שורה שלמה של אורגניזמים דו-קליפות. במהלך חייה של צדית, קונכיותיה יכולות להיפתח ולהיסגר מאות אלפי פעמים, לכאורה מבלי להיגרם נזק.
כעת, צוות של ביולוגים ומדענים חומרים עבדו יחד כדי לבחון את המקרה של דו מסתיים אחד, Cristaria plicata, מולית הפנינה סר התרנגולים. בעיתון שלהם, יצא לאור ביומן מַדָע היום, הם לא רק ביצעו הנדסה לאחור של ציר של מול, הם יצרו אותו מחדש עם סיבי זכוכית וחומרים מודרניים אחרים.
מולי פנינה של תרנגולות, הביסתיים המככבות במחקר, נמצאים במים מתוקים ברחבי צפון מזרח אסיה. בעלי מלאכה סינים עתיקים גידלו פנינים בתוך הקליפות של מול זה. על ידי פתיחת המולה, הכנסת חפץ קטן כמו חרוז או בודהה זעיר פנימה, סגירת החיה, ונותנים לזה להיות במשך שנה, הם יכלו לאחזר את החפץ לאחר מכן - עכשיו מצופה בססגוני אם הפנינה.
אם הפנינה, הידועה גם בשם נקרת, משכה מזמן את תשומת לבם של מדעני חומרים בגלל הרבה יותר מהיופי שלה. אף על פי שנקר עשוי ממינרל סידן פחמתי שביר הנקרא אראגוניט, המבנה שלו - "לבני" אראגוניט המודבקות יחד על ידי "מרגמה" חלבונית - נותן לחומר מדהים. כוח ו כּוֹשֵׁר הִתאוֹשְׁשׁוּת.
"הרבה חוקרים שיחזרו היבטים שונים של מבנה הלבנים והמרגמה שלו כדי לנסות ליצור חומרים נוקשים, קשים וחזקים", אומר רייצ'ל קריין, ביומכניסט באוניברסיטת קליפורניה, דייויס, שלא היה מחבר המאמר החדש.
[קָשׁוּר: החומר החדש הזה חזק כמו פלדה - אבל קל יותר]
בתהליך של חקר הציפורן, כמה מדענים לא יכלו שלא להבחין בציר המולי. למרות היותו עשוי גם מאותו אראגוניט שביר, הציר מתכופף ונמתח מבלי להישבר. "הביצוע יוצא הדופן הזה הרשים אותנו מאוד, והחלטנו להבין את הסיבה הבסיסית", אומר שו-הונג יו, מדען חומרים באוניברסיטת המדע והטכנולוגיה של סין, ואחד ממחברי המאמר.
ביולוגים חקרו צירים וההבדלים ביניהם כדי לסווג מיני דו מסתיים כבר במאה ה-19. אבל לא הייתה להם את הטכנולוגיה לקלף לגזרים את המבנים הפנימיים של המפרקים החיים האלה. עם זאת, יו ועמיתיו שלפו את הצירים ובחנו אותם תחת סוללת מיקרוסקופים ומנתחים.
הם גילו שהציר של הביסתיים מורכב משני חלקים מרכזיים. הראשון הוא בליבת הציר: חלק מתקפל בצורת מניפת נייר. ה"צלעות" של המאוורר הן מערך של חוטי ארגוניט זעירים, עטופים בכרית חלבון רכה. החלק השני הוא רצועה, שכבה אלסטית מעל הקצה החיצוני של המאוורר.
כאשר הציר נסגר, מטריצת החלבון עוזרת לשמור על החוטים ישרים, ומונעת מהם להתכופף ולהישבר. בינתיים, הרצועה החיצונית סופגת את המתח מהתפרקות הציר. ביחד, תצורה זו הופכת את הציר לעמיד במיוחד.
המחברים הניחו צירים שחולצו ממולים במכונה שאילצה אותם שוב ושוב לפתוח ולסגור. זה בחן את יכולתם תחת לחץ חוזר ונשנה ארוך טווח. אפילו לאחר 1.5 מיליון מחזורים, המחברים לא מצאו סימן לנזק. במילים אחרות, אם המולה נפתחת וסוגרת את קונכיותיה פעם בדקה, כל דקה, במשך שלוש שנים ברציפות, הציר שלה יישאר פונקציונלי לחלוטין.
זה הופך את הציר של המולה לעמיד במיוחד בפני מה שהמהנדסים מכנים "עייפות". הכל מאומים וברגים ועד לגשר תומך בונה בלאי משימוש חוזר, בדיוק כפי שהרגליים שלך עלולות להרגיש עייפות אם רצת לאחרונה מרתון. ובדיוק כמו זוג רגליים מותשות, סביר יותר שחלק עייף ייכשל - עם השלכות משתקות. "ציר המעטפת הדו-מסתיים מעניין במיוחד לא רק בגלל ההתנגדות שלו לעייפות, אלא גם בגלל יכולתו להתכופף", אומר קריין.
זה בהחלט מפתה לדמיין דלתות ביו-פאנק מוזרות שנפתחות ונסגרות על גבם של צירי מולים בלתי נלאים. למרות שזה כמעט בוודאות לא מעשי, המחברים מאמינים שהצירים האלה יכולים לעורר חלקים מהונדסים המשרתים היטב את מטרותינו.
[קָשׁוּר: מיחזור אחד הפלסטיקים הקשים ביותר בכדור הארץ פשוט נעשה קצת יותר קל]
למעשה, בהשראת המבנה שמצאו, יו ועמיתיו יצרו ציר משלהם מסיבי זכוכית המוטבעים כמו צלעות מניפה במטריצת פולימר. הם העמידו את הציר המלאכותי שלהם במבחן, וגילו שהוא החזיק מעמד כמו הציר המקורי והאורגני מאמר - בעוד צירים אחרים, אחד עם סיבי זכוכית לא מאורגנים ואחר עם כדורי זכוכית, התחילו לעשות זאת לשבור ולהיסדק
יו אומר שהמאמץ המוקדם שלהם לא נועד לשימוש אנושי רגיל. אבל זה מוכיח שאנחנו יכולים ליצור עיקול דמוי מולים אם נצטרך. לדוגמה, מה אם מעצב טלפונים ניידים רוצה ליצור טלפון מתקפל עם מסך מגע שזקוק לחומר שביר כמו זכוכית?
"אסטרטגיית העיצוב בהשראת אזור בצורת מניפה מספקת דרך מבטיחה להתמודד עם האתגר הזה", אומר יו. הקבוצה שלו מתכננת כעת לבחון מה אותם חלבונים רכים עושים בציר.
אבל האבולוציה וההנדסה משחקים לפי כללים שונים. זה לא בהכרח קל לחקות חומרים שהתפתחו במשך מיליוני שנים. "הדפוסים בקנה מידה המשובח ביותר במבנים ביולוגיים הם לעתים קרובות מאתגרים ויקרים לשכפול", אומר קריין.