Vedci zaoberajúci sa materiálmi sa snažia odhaliť tajomstvá žraločej kože, aby maximalizovali lode, veterné turbíny a ďalšie.
Tento článok bol pôvodne uvedený na časopis Hakai, online publikácia o vede a spoločnosti v pobrežných ekosystémoch. Prečítajte si viac takýchto príbehov na hakaimagazine.com.
Len málo ľudí sa dostalo k žralokovi tak blízko, aby ho pohladilo. Ak by ste mohli prejsť rukou od žraločej hlavy po chvost...nie že by si mal— bolo by to hladké, skoro ako semiš. Opačný smer a je to drsné ako brúsny papier. Pri pohľade pod mikroskopom sa žraločia koža skladá z rebrovaných, dračích šupín navrstvených cez seba ako šindle na streche. Tieto štruktúry, nazývané dermálne dentikuly, sú skôr zuby ako koža. Sú vyrobené z dentínu a skloviny, sú inervované a ich rebrovaný a vrstvený vzor vedie vodu cez chrbát žraloka, čím znižuje trenie a ťah. Pôsobivá koža žralokov im pomáha kĺzať sa po vode, pričom niektoré druhy dosahujú rýchlosť až 50 kilometrov za hodinu.
Žraločie zubáče inžinieri závidia. Aby napodobnili pôsobivé hydrodynamické schopnosti žralokov, vedci materiálov navrhli povrchy inšpirované žralokmi pre trupy lodí, veterné turbíny a dokonca aj luxusné plavky, všetko v snahe maximalizovať efektivitu.
Ale v a nové štúdium, vedci z Harvardskej univerzity v Massachusetts pod vedením ichtyologičky Molly Gabler-Smith po prvýkrát porovnali materiály, ktoré sa pokúšajú napodobniť žraločiu kožu so skutočnou vecou. Ako sa ukazuje, inžinierske materiály majú pred sebou ešte dlhú cestu.
Predtým vedci skúmali žraločie denticles v pôsobivých detailoch pomocou skenovacích elektrónových mikroskopov, čo je technológia, ktorá dokáže snímať štruktúry široké len niekoľko nanometrov. Ale obrazy skenovacieho elektrónového mikroskopu sú dvojrozmerné. A ak ste niekedy videli auto vo veternom tuneli, budete vedieť, že pokiaľ ide o zníženie odporu a trenia, 3D štruktúra objektu je nesmierne dôležitá.
Takže pomocou techniky nazývanej povrchová profilometria, zobrazovacia technológia, v ktorej vedec v podstate používa a tenkú vrstvu gélu na vytvorenie formy na skúmanom povrchu, Gabler-Smith a jej tím si prezreli kožu žraloka 3D. „Je to skoro ako pozerať sa na topografickú mapu,“ hovorí Gabler-Smith. "Môžete vidieť, kde sú vrchy a údolia."
Gabler-Smith použil túto techniku na vzorkách kože zo 17 rôznych druhov žralokov. Pozrela sa aj na dva plavky Speedo predávané ako napodobňovanie žraločej kože – plavky FS Fastskin II a Lzr Racer Elite 2 – ako aj 3D tlačený povrch vytvorený v jej laboratóriu. Porovnala proporcie denticlov a výšku a rozmiestnenie rebier a zistila podstatné rozdiely medzi skutočnými zubami žralokov a umelými materiálmi.
Detailná analýza ukazuje rozdiely medzi skutočnou žraločou kožou (vpravo hore) a niekoľkými syntetickými materiálmi vrátane materiál vytlačený 3D (vpravo dole), Speedo FS Fastskin II (vľavo dole) a Speedo Lzr Racer Elite 2 (hore vľavo). Fotografie s láskavým dovolením Molly Gabler-Smith
"Neváham povedať, že [plavky] skutočne napodobňujú žraločiu kožu, pretože v skutočnosti vôbec nie sú, " hovorí Gabler-Smith. Jedným z najväčších rozdielov je podľa nej to, že na rozdiel od rebrovanej látky je skutočná žraločia koža vyrobená z tvrdých smaltovaných štruktúr na pružnom povrchu. Keď Gabler-Smith ohodnotila materiály plaviek bodom 10, dala FS Fastskin II a Lzr Racer Elite 2 trojku a sedmičku a jej v laboratóriu vyrobenému povrchu osem alebo deväť.
„[Návrhári plaviek] robia celkom dobrú prácu, keď berú všetky informácie, ktoré biológovia merajú zo skutočnej žraločej kože, ale stále je toho veľa, čo treba urobiť,“ dodáva. Teoreticky hovorí, že pridanie rebier alebo iných hrboľatých textúr na plavky alebo povrchy plavidiel by malo znížiť odpor, ale tieto povrchy sú stále ďaleko od toho, aby fungovali ako skutočná vec.
Amy Lang, letecká inžinierka z University of Alabama, ktorá študuje kožu žralokov a nebola zapojená do výskumu, hovorí, že replikácia vlastností žraločej kože na znižovanie odporu je ešte náročnejšia ako len mať zubatý rebriny. Ak chcete skutočne znížiť odpor namiesto jeho zvýšenia, hovorí, že rebrá musia mať správnu veľkosť a hĺbku. Dodáva, že aj keď je zaujímavé použiť povrchovú profilometriu na priame porovnanie žraločej kože inžinierskych materiálov, je rovnako dôležité otestovať, ako syntetické materiály skutočne fungujú v voda.
Ale teraz, keď vedci aktualizovali informácie o 3D štruktúre žraločích denticlov v celej škále rôznych druhov môžu byť inžinieri o krok bližšie k napodobňovaniu jedného z najúčinnejších v prírode plavcov.
Tento článok sa prvýkrát objavil v r časopis Hakai, a je tu znovu publikovaný so súhlasom.
