کوی دانش - kooy

خنک سازی: شیوه های سازگاری مورچه های نقره ای صحارا برای راندن حرارت

خنک سازی: شیوه های سازگاری مورچه های نقره ای صحارا برای راندن حرارت
31 خرداد
20:30 1394
مورچه های نقره ای صحارا می توانند امواج الکترومغناطیسی را در گسترده بسیار وسیعی از طیف الکترومغناطیسی کنترل کنند. محققان موفق به کشف دو استراتژی مورد استفاده مورچه های نقره ای صحارا به منظور خنک ماندن در یکی از داغ ترین زیست محیط های جهان شده اند. محققان برای اولین بار نشان داده اند که بدن مورچه های مزبور پوشیده از موهایی منحصر به فرد است که با استفاده از آن امواج الکترومغناطیسی را در گستره بسیار وسیعی از طیف خورشیدی گرفته تا طیف تابش حرارتی کنترل کرده و به علاوه، برای کاستن از میزان درجه حرارت بدن خود از مکانیسم های فیزیکی متنوعی نیز در طیف گروه های مختلف بهره گیری می کنند.

 دو تصویر بزرگ از مورچه نقره ای: سمت چپ: مورچه های نقره ای صحارا  طی آفتاب روزانه به کاوش می پردازند و همانند قطرات جیوه غلتان بر سطح بیابان به نظر می رسند. سمت راست: ظاهر نقره ای این مورچه ها به خاطر صف انبوه موهایی است که شکل منحصر به فردی دارند.

 نان فانگ سو، استادیار فیزیک کاربردی در Columbia Engineering و همکاران وی از دانشگاه زوریخ و دانشگاه واشنگتن موفق به کشف دو استراتژی کلیدی شده اند که مورچه های نقره ای صحارا با استفاده از آنها در یکی از داغ ترین محیط های موجود روی کره زمین خود را خنک نگاه می دارند. تیم یو و همکارانش اولین محققانی هستند که ثابت کرده اند این مورچه ها از پوششی از موهای دارای شکل منحصر به فرد برای کنترل امواج الکترومغناطیسی طی گستره بسیار وسیعی، از طیف های خورشیدی گرفته (اشعه فروسرخ مرئی و غیرمرئی) تا طیف اشعه حرارتی (اشعه فروسرخ میانی) استفاده می کنند، همین طور مورچه های یادشده از مکانیسم های فیزیکی مختلفی در در طیف گروه های مختلف برای اعمال کارکرد بیولوژیکی کاهش درجه حرارت بهره گیری می کنند.

تحقیق دانشمندان مزبور با عنوان "مورچه های نقره ای صحارا و استفاده از ترکیبی از انعکاس نوری تقویت شده و اتلاف حرارت تابشی برای خنک ماندن" در تاریخ 18 ژوئن در مجله Science  به چاپ رسیده است. یو اظهار می دارد: "موردی که تیم تحقیقاتی ما مطالعه کردند نمونه گویایی است که نشان میدهد تکامل موجب سازگاری خصوصیات فیزیولوژیکی یک جاندار برای محقق سازی هدفی خاص و اطمینان از بقای آن شده است به نحوی که مورچه های نقره ای صحارا توانسته اند  خود را از حرارت سوزان حفظ نمایند. هرچند در زمینه اپتیک فیزیکی سیستم های زنده در ماوراء بنفش و محدوده مرئی این  طیف مطالعات بسیاری انجام گرفته است، ولی درک ما از نقش نور مادون قرمز در زندگی ارگانیسم ها بسیار ابتدایی است. مطالعه ما نشان می دهد نقش نور نامرئی در زندگی موجودات زنده، که چشم انسان توان دیدش را ندارد چیز کم اهمیتی نیست."

 کلید شروع  پروژه تحقیقاتی مزبور از اینجا زده شد که آیا پوشش منحصر به فرد مورچه های نقره ای در خنک نگاه داشتن این موجودات طی حرارت سوزان صحارا نقش بازی می کند یا خیر. تیم یو بعد از دریافتن نقش مهم نور مادون قرمز متوجه شد که پاسخ سوال بسیار گسترده تر از آن چیزیست که پیش از این تصور می شد. کشف این تیم تحقیقاتی که حاکی از وجود راه حل زیستی برای مقابله با  مشکل تنظیم حرارت است، می تواند منتهی به توسعه قطعات نوری مسطحِ دارای خصوصیات خنک کنندگی بهینه شود.

یو در توضیح این مسئله می افزاید: "چنین سطوح خنک کننده ای که ملهم از بیولوژی هستند، در طیف خورشیدی دارای بازتاب بالا و در طیف تابش حرارتی نیز بازده تابشی بالا خواهند داشت. در نتیجه می توان از این سطوح به عنوان سطوح خنک کننده در ماشین ها، ساختمان ها، ابزار و حتی پوشاک استفاده کرد."

مورچه های نقره ای صحارا (Cataglyphis bombycina) هنگامی که درجه حرارت سطح شن های بیابان به 70 درجه سانتی گراد می رسد در ظهر داغ به کاوش و جستجوی خود ادامه می دهند و لازم است برای بقای خود بیشتر اوقات درجه حرارت بدنشان را زیر حداکثر دمای حرارتی قابل تحملشان یعنی کمتر از 53.6 درجه سانتی گراد نگاه دارند. مورچه ها در مسیرهای طولانی که به کنکاش می پردازند بدنبال لاشه حشرات و سایر بندپایان تلف شده می گردند که در مقابل شرایط غیر قابل تحمل صحرا  از پا درآمده اند، شرایطی  که مورچه های نقره ای به خوبی از پس تاب آوردنشان برمی آیند. فعال بودن در داغ ترین لحظات روز همچنین این مزیت را در پی دارد که مورچه ها از گزند سوسمارهای شکارچی بیابان هم در امان هستند. محققان از مدت ها پیش در پی دانستن راز بقای مورچه های ظریف نقره ای (که حدود 10 میلی متر طول دارند) آنهم تحت چنین شرایط سخت و صعب زیستی بودند. 

تیم یو با بهره گیری از میکروسکوپ الکترونی و آسیاب کردن پرتو یون دریافتند مورچه ها روی سر و طرفین بدن خود دارای پوششی از مو با  شکل منحصر به فرد و مقاطع عرضی مثلثی می باشند که آنها را به دو طریق خنک نگاه می دارد. این موها تحت نورمرئی و مادون قرمز تقریبا مرئی، یعنی در منطقه تابش حداکثری خورشیدی خاصیت بازتابندگی بسیار بالایی دارند (مورچه ها با سرعت حداکثر 0.7 متر در ثانیه راه می روند و مانند قطرات جیوه غلتان روی سطح بیابان به نظر می رسند). موی مورچه ها همچنین در بخش میانیِ مادون قرمزِ طیف  الکترومغناطیسی، خاصیت بازتابندگی بالایی دارد، به نحوی که به عنوان لایه ضد انعکاسی عمل کرده و توانایی این حشرات را برای بازتاب دادن حرارت اضافی از طریق تابش حرارتی تقویت می کند، آنگاه حرارت اضافی از بدن داغ مورچه ها به سمت آسمان سرد بازتابانده می شود.

یو ادامه می دهد: "برای درک بهتر اثر تابش حرارتی می توانید لرزی را که صبحگاه به هنگام برخاستن از رختخواب به شما دست می دهد در نظر بیاورید. نیمی از اتلاف انرژی  که در چنین لحظه ای رخ می دهد به خاطر تابش حرارتی است زیرا درجه حرارت پوست شما در این وضعیت موقتا بالاتر از محیط اطراف می باشد."

 محققان متوجه شدند که افزایش بازتاب در طیف خورشیدی و بازده تابش حرارتی تقویت شده نقش مهمی را در کاهش درجه حرارت مورچه نقره ای ایفا می کند، آنهم به میزان 5 الی 10 درجه در قیاس با وضعیتی که مورچه ها هیچ مویی نداشته باشند. «نورمن نان شی» نویسنده ارشد مطالعه و دانشجوی دوه پی اچ دی که همکار یو در Columbia Engineering است اظهار می دارد: "این حقیقت که مورچه های نقره ای قادرند امواج الکترومغناطیسی را در چنین  گستره وسیعی از طیف نوری دستکاری کنند نشاندهنده آنست که کارکرد ارگان های زیستی مورچه ها که در ظاهر بسیار ساده به نظر می رسد چقدر پیچیده است." 

یو و شی برای تکمیل پروژه تحقیقی خود با رودیگر ونر استاد موسسه تحقیقات مغز از دانشگاه زوریخ سوییس و گری برنارداتاد، مهندس برق در دانشگاه واشنگتن در سیاتل همکاری کردند، این دو نفر در امر مطالعه فیزیولوژی و اکولوژی حشرات متخصص هستند. تیم Columbia Engineering  به کار طراحی و هدایت تمامی مراحل آزمایشی این مطالعه پرداختند، از جمله آزمایشهای مزبور می توان به  میکروسکوپ نوری و مادون قرمز و طیف سنجی، آزمایش ترودینامیک و شبیه سازی و مدلسازی کامپیوتری اشاره داشت. درحال حاضر محققان یادشده مشغول انطباق درس های مهندسی آموخته شده از مطالعه  مورچه های نقره ای صحارا هستند تا از آنها برای خلق اجزای ایپتیکال مسطح یا "متاسطح" استفاده کنند که متشکل از یک آرایه مسطح از عناصر نانونوری جدید بوده و واجد خواص تابشی نوری و حرارتی  می باشد. یو و تیم همکارانش قصد دارند در گام بعدی تحقیق خود را به سایر حیوانات و ارگانیسم هایی که در شرایط صعب زیستی به سر می برند گسترش بدهند و سعی در یادگیری استراتژی هایی دارند که این موجودات برای روبرو شدن با شرایط سخت زیستی از آنها بهره می گیرند. 

یو اضافه می کند: "حیوانات به منظور درک و استفاده از امواج الکترومغناطیسی استراتژی های متنوعی را برای خود تدوین کرده اند، به عنوان مثال چشم های ماهیانی که در آبهای عمیق به سر می برند آنها را قادر به مانور دادن و شکار کردن در عمق تاریک می سازد، پروانه ها از نانوساختارهای موجود در بال خود رنگ درست می کنند، زنبورهای عسل توانایی دیدن و واکنش نشان دادن به سیگنال های فوق بنفش را دارند و کرم های شب تاب نیز از سیستم های ارتباطی فلاشی استفاده می کنند. ارگان هایی که از درک و کنترل امواج الکترومغناطیسی تکامل یافته اند و اغلب هم از نظر بهینگی و هم از نظر پیچیدگی از دستگاه های آنالوگ ساخت دست انسان نیز فراتر هستند. برای شناخت و مهار مفاهیمِ طراحی طبیعی بایستی دانش مان را در مورد سیستم های پیچیده بیولوژیکی ارتقا ببخشیم  تا از این طریق بتوان دست به کار خلق فناوری های بی همتا شد."

کلمات کلیدی

اشتراک

درباره نویسنده

هنگامه خوش خلق

هنگامه خوش خلق

اینجانب فعالیت خود را به عنوان مترجم از سال 88 و با همکاری با انتشارات طاهریان آغاز کردم .و سپس به عنوان کارمند مترجم با شرکت های مختلفی همکاری داشته ام . در این میان لازم به ذکر است که فعالیت های اینجانب علاوه بر ترجمه کتاب (در آخرین مورد نشر آوند دانش)شامل ترجمه مقالات ، همکاری به عنوان مترجم شفاهی در دوره ها و سمینارهای مختلف و کار به عنوان مسئول مکاتبات و مکالمات خارجی شرکت توسعه اطلاعات بوده است .علاوه بر زبان انگلیسی ، آشنایی متوسط با زبان های اسپانیولی و ترکی استانبولی را نیز دارا می باشم .

 

شما اولین نفری باشید که برای این خبر نظر میدهد
تصویر امنیتی



عبارت در تصویر را وارد کنید


مغز انسان برای حس کردن جهان پیرامونی از محاسبات بهره می گیرد

مغز انسان برای حس کردن جهان پیرامونی از محاسبات بهره می گیرد

شاید باور این موضوع برای افرادی که همیشه با ریاضیات مشکل داشتند سخت باشد که مغز انسان بدون اینکه خودِ فرد متوجه باشد بصورت دائمی مشغول انجام حجم گسترده ای از انواع محاسبات است و اتفاقاً اینکار را بسیار خوب هم انجام می دهد. شاهد این مدعا از دانشگاه پرینستون رسیده است. در یک مطالعه جدید محققان این دانشگاه نشان دادند که چگونه مغز ما انسانها، تمامی داده های بدست آمده از محیط اطراف را که توسط حواس مختلف جمع آوری شده است ترکیب می کند تا به یک ارزیابی نهایی از وضعیت برسد که به اخذ تصمیم ها و نوع رفتارهای ما منجر می شود. این موضوع به اینجا هم ختم نمی شود و اگر در طی این فرآیند داده های جدیدی وارد شوند، مغز انسان با انعطاف پذیری حیرت انگیزی آنها را در محاسبات خود وارد کرده و حتی نتیجه محاسبات را تغییر می دهد. برای بررسی بیشتر این موضوع با کوی دانش همراه باشید...

مطالعه متن کامل
کاربرد گرافن به عنوان میکسر فرکانس

کاربرد گرافن به عنوان میکسر فرکانس

یک پروفسور، یک محقق فوق دکترا و یک دانشجوی ارشد بر روی ترامپولین (تشک پرش) پریدند! جمله فوق یک مزاح نیست بلکه آغازی برای توضیح تحقیقات جدید بر روی ماده شگفت انگیز گرافن است. گروهی به سرپرستی روبرتو د آلبا، دانشجوی ارشد فیزیک و Jeevak Parpia پروفسور و رئیس دپارتمان فیزیک، مقاله ای در Nature Nanotechnology راجع به کاربردهای دیگر برای این ماده روان، بسیار قوی و بسیار سبک منتشر کرده اند. در این تحقیق قابلیت استفاده از «تنش گرافن» بعنوان نوعی واسطه بین حالت های ارتعاشی که اجازه انتقال مستقیم انرژی از یک فرکانس به فرکانس دیگر را می دهد، نمایش داده شده است. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
اولین شواهد از همنوع خواری نئاندرتال ها در شمال اروپا

اولین شواهد از همنوع خواری نئاندرتال ها در شمال اروپا

وجود آثار و بقایای نئاندرتال ها در مناطقی که در بالای عرض 50 درجه شمالی قرار داشته باشند بسیار کم است و تا کنون نیز فقط در دو نقطه این شواهد بدست آمده است. یکی در منطقه فلدهافر آلمان و دیگری در اسپای بلژیک. مطالعه جدیدی که توسط دکتر هلن راجیر با همکاری آسیر گومژ اولیوینسا از UPV/EHU انجام گرفت باعث کشف بیشترین تعدادِ بقایای کشف شده از نئاندرتال ها در مناطق شمالی اروپا شد. در این مجموعه 5 تایی، بقایای اسکلتی 4 نوجوان (بالغ) و یک کودک به چشم می خورد که در منطقه Troisième caverne در گویت بلژیک کشف شده اند.

مطالعه متن کامل
تعیین محدودیت های موجود برای ساخت شنل نامرئی

تعیین محدودیت های موجود برای ساخت شنل نامرئی

محققانی از دانشگاه تگزاس در آوستین توانستند محدودیتهای اساسی بر سر عملکرد «شنل نامرئی کننده» را تعیین کنند. این شنل یک فناوری است که اجازه نامرئی شدن ویا تشخیص داده نشدن را به جسمِ درونش در برابر امواج رادیویی، امواج مایکروویو، نور مادون قرمز و نور مرئی می دهد. نظریه محققان تاکید می کند که استفاده از شنل برای پنهان کردن شیء درونش در مقابل یک موج خاص قابل انجام است لیکن پنهان کردن آن در برابر یک محیط پرنور (چراغانی) با طول موجهای مختلف بسیار سخت تر می شود که در این حالت تغییر اندازه شیء باعث تغییر فاکتورها و مشکلات بیشتر هم خواهد شد. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
در هنگام انقراض دایناسورها، پستانداران نیز تقریباً محو شدند

در هنگام انقراض دایناسورها، پستانداران نیز تقریباً محو شدند

بیش از نود درصد از انواع گونه های پستانداران در دوره کرتاسه (66 میلیون سال پیش) توسط همان دلایلی که دایناسورها را ازبین برد، از بین رفتند. این میزان بسیار بیشتر از آن بود که پیش از این تصور می شد. مطالعه ای که توسط محققان مرکز میلنر در دانشگاه بَث انجام شد و در نشریه Evolutionary Biology نیز منتشر گردید، مطرح می کند که همه انواع شناخته شده پستانداران که در انتهای دوره کرتاسه در آمریکای شمالی می زیسته اند، از بین رفته اند. نتایج این مطالعه نشان می دهد که این میزان معادل 93 درصد از انواع موجود در این دوره بوده است. این مطالعه همچنین بیان می کند که این انقراض، بسیار سریعتر از آنچه تصور می شد انجام گرفته است. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
به زودی خواهیم توانست از خاک اره هرچه می خواهیم تهیه کنیم

به زودی خواهیم توانست از خاک اره هرچه می خواهیم تهیه کنیم

خاک اره را می توان تبدیل به مکمل سوخت و کلی چیزهای دیگر نمود. این همان چیزی است که از علم توقع می رود، امروز به لطف دانشمندان یکی از دانشگاه های بلژیک که روند شیمیایی نوینی را ابداع کرده اند، همان خاک اره را می توان به زودی درگازوئیل و سایر محصولاتی که معمولا از مشتقات نفت هستند به کار برد. محققان مرکز شیمی سطحی و کاتالیز دانشگاه کولوون توانسته اند سلولوز موجود در خاک اره را گرفته و آنرا تبدیل به زنجیره های هیدروکربنی نمایند که می توان به عنوان مکمل در گازوئیل یا سایر مواد سازنده برای تولیدپلاستیک، تایر، نایلون، فوم های عایق و سایر مواد معمول از اتیلن، پروپیلن و بنزین به کارشان برد.

مطالعه متن کامل
ساختارهای مغزی که هیجانات را مدیریت می‌کنند از مادر به دختر منتقل می‌شوند.

ساختارهای مغزی که هیجانات را مدیریت می‌کنند از مادر به دختر منتقل می‌شوند.

در این پژوهش برای اولین بار نشان داده شده است که ساختار مغزی دخیل در افسردگی، به ارث برده می‌شود.

مطالعه متن کامل
تناسب اندام با سلامت روان در سالمندی ارتباط دارد

تناسب اندام با سلامت روان در سالمندی ارتباط دارد

ارتباط بین بخش‌های مختلف مغز با بالا رفتنِ سن ضعیف می‌شود اما پژوهشی جدید نشان داد تناسب اندام می‌تواند عملکرد طولانی‌مدت مغز را افزایش دهد.

مطالعه متن کامل
به روز رسانی آیندهِ Apple Map‌، می‌تواند رفت و آمد روزانه شما را آسانتر کند.

به روز رسانی آیندهِ Apple Map‌، می‌تواند رفت و آمد روزانه شما را آسانتر کند.

زمانی که Apple Map برای اولین بار عرضه شد، یک شکست ننگین و کاملا شرم‌آور بود. از آن زمان، اپل قابلیت های جدیدی اضافه کرده و کیفیت مسیرهای نقشه ها ارتقا داده است، با این وجود، این برنامه هنوز هم چیزی کم دارد. همه کسانی که در شهر های بزرگ زندگی می‌کنند احتمالا از Hopstop، Google Maps، Embark و دیگر برنامه های Third Party استفاده کرده اند، این برنامه ها، تمام اطلاعات موجود درباره مترو، اتوبوس ها و قطارها را به کاربر می‌دهد. اما در حال حاضر به نظر می‌رسد، اپل، بر اساس اختراعی که توسط Patently Apple کشف شده است، می‌خواهد راه حل مختص به خود را برای این مسائل ارائه دهد. نام این اختراع "ابزار رابط مصرف کننده برای کمک به رفت و آمد" است که 4 دسامبر، در اداره ثبت اختراع و ثبت علامت تجاری ایالت متحده (USPTO) ثبت شده است.

مطالعه متن کامل
رموز موجود در تارهای همیشه محکم عنکبوت الهام بخش ساخت ماده ای جدید

رموز موجود در تارهای همیشه محکم عنکبوت الهام بخش ساخت ماده ای جدید

چرا تار عنکبوت در باد خم نشده و یا همانند تور آکروبات بازی به عقب بازنمی گردد؟ پاسخ این سوال به گفته دانشمندان در اصول فیزیکی زیربنایی ماده ای "هیبریدی" نهفته است که عنکبوت ها برای تارهای خود تولید می کنند. اگر شما نیز تار چسبناک عنکبوت باغچه ای را بکشید و رهایش کنید تا برگردد متوجه می شوید که تار عنکبوت خم نمی شود بلکه همیشه مستحکم باقی می ماند، حتی وقتی که آنرا بسیار بیشتر از طول واقعی اش کش بیاورید. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید

مطالعه متن کامل