Πως ένα αφρικανικό πουλί μπορεί να εμπνεύσει τον σχεδιασμό ενός προηγμένου μπουκαλιού νερού
Η λεπτομερής μελέτη των φτερών ενός πουλιού με την απίστευτη ικανότητα να συγκρατούν νερό ενόσω αυτό πετάει, θα μπορούσε να οδηγήσει στην επόμενη γενιά απορροφητικών υλικών.
Ερευνητές από το “Johns Hopkins University” και το “Massachusetts Institute of Technology”, χρησιμοποιώντας ισχυρά μικροσκόπια και τριδιάστατη τεχνολογία, κατέγραψαν με πρωτοφανή ακρίβεια την δομή των φτερών της πτεροκλίδας (περιστερόκοτα) “Pterocles namaqua”, αναδεικνύοντας τη μοναδική αρχιτεκτονική τους και αποκαλύπτοντας για πρώτη φορά το πώς μπορούν να συγκρατήσουν τόσο μεγάλες ποσότητες νερού.
«Είναι συναρπαστικό να βλέπεις πώς η φύση κατάφερε να δημιουργήσει δομές τόσο τέλεια αποτελεσματικές στο να συλλαμβάνουν και να συγκρατούν το νερό», δήλωσε ο συν-συγγραφέας Jochen Mueller, επίκουρος καθηγητής στο πανεπιστήμιο “Johns Hopkins”. «Από την πλευρά της μηχανικής, πιστεύουμε ότι τα ευρήματα θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε νέες βιολογικής-έμπνευσης δημιουργίες.» Η εργασία δημοσιεύτηκε στις 11 Απριλίου στο “Journal of the Royal Society Interface”.
Οι περιστερόκοτες των αφρικανικών ερήμων, για να παραμείνουν ασφαλείς από τα αρπακτικά, συνήθως φωλιάζουν σε απόσταση 30 χιλιομέτρων από τους νερόλακκους. Για να μπορέσουν να ξεδιψάσουν τους νεοσσούς τους, πίσω στη φωλιά, τα ενήλικα αρσενικά επιδεικνύουν μία από τις καλύτερες τεχνικές μεταφοράς ατην φύση, συλλέγοντας και συγκρατώντας νερό στα φτερά τους και πετώντας πίσω μαζί με αυτό. Ένα κατόρθωμα που ακούγεται ακόμα πιο εκπληκτικό αν σκεφτούμε ότι το νερό που μεταφέρουν αντιστοιχεί στο 15% περίπου του βάρους του σώματός τους, και πως καταφέρνουν να διατηρήσουν το μεγαλύτερο μέρος του ασφαλές, πετώντας με ταχύτητες κοντά στα 60 Km/h για περίπου μισή ώρα, κάθε φορά.
Τα αρσενικά του συγκεκριμένου είδους αποτελούν τα μόνα γνωστά πουλιά που μπορούν να συγκρατήσουν και να μεταφέρουν νερό με αυτό τον τρόπο – το κλειδί για αυτό είναι τα ειδικά προσαρμοσμένα φτερά της κοιλιάς τους. Η εκπληκτική ικανότητα αυτών των φτερών της κοιλιάς έχει καταγραφεί εδώ και μισό αιώνα από προηγούμενους ερευνητές, όμως η συγχρονη τεχνολογία είναι αυτή που επέτρεψε σήμερα στην ερευνητική ομάδα κατανοήσει το πως λειτουργούν.
Ο Mueller και η μηχανικός του MIT Lorna J. Gibson μελέτησαν τη μικροδομή των φτερών της κοιλιάς χρησιμοποιώντας ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης, υπολογιστική μικρο-τομογραφία, οπτική μικροσκοπία και τρισδιάστατη βιντεοσκόπηση, εξετάζοντας προσεκτικά τα στελέχη -το καθένα μόλις ένα κλάσμα του πάχους μιας ανθρώπινης τρίχας- και τα ακόμη πιο μικροσκοπικά τριχίδια.Η ομάδα μεγέθυνε σε μεγάλο βαθμό τα φτερά, παρατηρώντας τα και σε στεγνή αλλά και σε υγρή κατάσταση. Κατά την διάρκεια της μεγεθυμένης παρατήρησης/καταγραφής, τα ξηρά φτερά βυθίστηκαν στο νερό, τραβήχτηκαν έξω και στην συνέχεια βυθίστηκαν ξανά, όπως ακριβώς θα τα χρησιμοποιούσε το πτηνό σε ένα νερόλακκο. Όπως εξηγεί ο Mueller «Όταν κάνεις τέτοια δουλειά, δεν αναπνέεις καν, αλλιώς μπορεί να τα χαλάσεις όλα.»
Ο Mueller περιέγραψε την δομή φτερών ως «υπέροχη», με εξαρτήματα βελτιστοποιημένα -από πολλές πλευρές- ώστε για να συγκρατούν και να διατηρούν το νερό, συμπεριλαμβανομένου του τρόπου με τον οποίο κάμπτονται, του τρόπου με τον οποίο τα τριχίδια σχηματίζουν -όταν βρέχονται- προστατευτικές συστάδες, σαν σκηνές, και του πώς οι σωληνοειδείς δομές που βρίσκονται μέσα στα τριχίδια αιχμαλωτίζουν το νερό. Το νερό σε κάθε φτερό συγκρατήθηκε με την βοήθεια του δάσους των τριχιδίων που βρίσκονται κοντά στο στέλεχος, σε συνεργασία με τα καμπυλωμένα τριχίδια της άκρης τα οποία λειτουργούν περίπου ως πώματα.
«Αυτό είναι που μας ενθουσίασε· το να παρατηρήσουμε ένα τέτοιο επίπεδο λεπτομέρειας», λέει ο Mueller. “Είναι αυτό που πρέπει να καταλάβουμε, ώστε να χρησιμοποιήσουμε τις συγκεκριμένες αρχές για να δημιουργήσουμε νέα υλικά.» Η ομάδα δημιούργησε, επίσης, και σχετικό υπολογιστικό μοντέλο για την πρόσληψη νερού από τα φτερά.Οι Mueller και Gibson αναμένουν ότι τα ευρήματά τους θα αποτελέσουν βάση για μελλοντικούς σχεδιασμούς όπου απαιτείται ελεγχόμενη απορρόφηση, ασφαλής συγκράτηση και εύκολη απελευθέρωση υγρών. Πιθανές εφαρμογές περιλαμβάνουν το σχεδιασμό διχτυών για τη συλλογή νερού από την ομίχλη και τη δρόσο σε περιοχές της ερήμου· όπως και ένα μπουκάλι νερού που δεν εμφανίζει τις ενοχλητικές μαζικές μετακινήσεις του υγρού στο εσωτερικό του.
Η σκέψη αφορά τον σχεδιασμό ενός μπουκαλιού ή αθλητικού σακίδιου πλάτης, που θα μπορεί μεν να συγκρατεί με ασφάλεια αρκετή ποσότητα υγρού, στο εσωτερικό του όμως ένα σύστημα παρόμοιο με την δομή των φτερών του Pterocles namaqua, θα εμποδίζει την ταλάντευση του υγρού κατά την μετακίνηση. Ένα πακέτο ενυδάτωσης ή μια κύστη νερού που θα μπορούσαν να συμπεριφέρονται κατ’ αυτόν τον τρόπο, θα έχαιραν ιδιαίτερης εκτίμησης από τους δρομείς.
Μπορεί να οδηγήσει επίσης σε πιο εύχρηστα ιατρικά μάκτρα νέας γενιάς, «που θα μπορούν απορροφήσουν αποτελεσματικά το υγρό, θα το απελευθερώνουν όμως πολύ πιο εύκολα», προσθέτει εξηγώντας ότι η απελευθέρωση αποτελούσε πάντα ένα θέμα κατά τη συλλογή ρινικών δειγμάτων για τον COVID-19 κατά τη διάρκεια της πανδημίας.
Στη συνέχεια, η ομάδα σχεδιάζει να εκτυπώσει τριδιάστατα (3D) παρόμοιες δομές, έχοντας το βλέμμα στραμμένο σε εμπορικές εφαρμογές.
Πηγή: pop-sci.gr
