کوی دانش - kooy

میگوآخوندک منبع الهامی برای نسل آینده مواد فوق مستحکم

میگوآخوندک منبع الهامی برای نسل آینده مواد فوق مستحکم
14 خرداد
10:15 1395
«موتیف» ساختاری که به تازگی کشف شده کلید ساخت مواد کامپوزیتی مقاوم تر و مستحکم تر برای کاربرد در حوزه های هوافضا، خودرو و زرهی می باشد. محققان به لطف مطالعه میگو آخوندک (سخت پوستی دریایی و چند رنگ که جثه کوچکی دارد) یک گام دیگر به توسعه مواد کامپوزیتی فوق قدرتمند نزدیک شده اند. لازم به ذکر است این جاندار کوچک با استفاده از زائده مشت مانندی که «گرز انگشتی» نامیده می شود اقدام به شکافتن پوسته طعمه خود می کند. آخرین تحقیقات انجام شده برای اولین بار اقدام به توصیف ساختار استخوانی منحصر بفرد موجود در لایه بیرونی «گرز انگشتی» نموده که پیش از این در طبیعت گزارش نشده بود. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

تصویر فوق متعلق به ساختار استخوانی در لایه بیرونی (منطقه ضربه) گرز انگشتی در میگوی آخوندک می باشد.  

نتایج این تحقیق که قرار است در ژورنال Advanced Materials منتشر شود، پیش از این در هیچ جانداری در طبیعت گزارش نشده بود. همین ساختار استخوان ماهی محکم است که نه تنها از گرز میگو آخوندک به هنگام «زدن ضربه» محافظت می کند، بلکه این جاندار را قادر به وارد کردنِ «آسیبی قابل توجه» به طعمه خود می سازد.
میگوی آخوندک که آنرا «دهان پا» هم می نامند بر دو نوع است، یکی "خردکننده" و دیگری "نیزه انداز." درحالیکه نوع نیزه انداز با پرتاب کردن نیزه ای به سمت موجودات دریایی نرم تن، آنها را می کشد، نوع خردکننده طعمه سخت پوست خودش همانند خرچنگ ها و حلزون ها را با خرد کردنشان آنهم با سرعت و نیرویی غیرقابل باور می کشد. گرز انگشتی نیز یک نیروی جنبشی آنی تا 10 کیلوگرم را به خود می گیرد و می تواند ضرباتی را وارد سازد که سرعتشان معادل با سرعت یک گلوله کالیبر 22 می باشد.
 طی هشت سال گذشته دیوید کیسایلوس پرفسور ابداعات انرژی وینستون چانگ در کالج مهندسی Bourns، دانشگاه UCR و تیم وی اقدام به مطالعه گرزهای انگشتی و انواع میگوآخوندک های خرد کننده کرده و از این جانداران به عنوان منبع الهامی برای توسعه نسل آینده مواد کامپوزیتی بهره گرفته اند. نتایج تحقیق این گروه توسط استارت آپی به نام Nature Inspired Industries که هدایت آنرا کیسایلوس به عهده دارد و منشعب از دفتر تحقیقات و توسعه اقتصادی UC Riverside می باشد، به محصولات واقعی بدل خواهد شد. 
محققان طی مطالعه قبلی خود که در سال 2012 انجام و در ژورنال ساینس منتشر شده، موفق به شناسایی چند منطقه مختلف از گرز انگشتی شدند که از آنجمله میتوان به منطقه ای درونی به نام «منطقه دوره ای» اشاره داشت، ساختار این منطقه  «جاذب انرژی» می باشد و امواج «برشی مخرب» را که به هنگام تحت فشار قرار گرفتن شیء از میان شی عبور می نماید، فیلتر می کند.
"منطقه دوره ای" یاد شده که جاذب انرژی است متشکل از دو فاز است، یکی فاز ارگانیک از جنس کیتین (ترکیبی که در پوسته حشرات و سخت پوستان یافت می شود و بر طبق الگوی مارپیچ گونه ای مشابه راه پله ای دوارمی باشد) و فاز غیرارگانیک که متشکل از فسفات کلیسم آمورف و کربنات کلسیم است. 
تحقیق اخیر توسط دفتر تحقیقات علمی نیروی هوایی آمریکا و ذیل عنوان ابتکار عمل تحقیقاتی چند دانشگاهی با هزینه 7.5 میلیون دلار تامین هزینه شده است، هدایت این ابتکار عمل را نیز کیسایلوس به عهده داشته است.
منطقه ضربه، لایه ای مقاوم در برابر هرگونه شکاف و رخنه است که روی گرز را می پوشاند، میگوآخوندک از گرز انگشتی خود برای کوبیدن طعمه اش استفاده می کند. البته برخلاف منطقه دوره ای، منطقه ضربه متشکل از فسفات کلسیم کریستالی است (همان ماده معدنی که در استخوان انسان هم یافت می شود) و فیبرهای کیتین ارگانیک را احاطه کرده است. محققان دریافتند فیبرهای مزبور که به شدت معدنی و فشرده شده اند، "ساختار استخوان ماهی" را تشکل دهند که بسیار مستحکم تر از ساختار موجود در منطقه دوره ای می باشد. ساختار استخوان ماهی که  بسیار مرتب و منظم می باشد، در واقع یک «آرایش سینوسی مدرج» از فیبرهای کیتینِ مارپیچی است که با فسفات کلسیم دارای بافتِ بالا «معدنی» شده است. 
این ساختارِ استخوانی منحصر بفرد نه تنها از گرز در مقابل آسیب محافظت می کند، بلکه میگوآخوندک ها را قادر می سازد که آسیب غیرقابل باوری را به طعمه اش وارد آورد.
انتظار کیسایلوس اینست که تفاوت در فشار طی شکل گیری ماده کریستالین در منطقه ضربه، موجب خم شدن چیدمان مارپیچی شود که می توان آنرا تحت میکروسکوپی قدرتمند به صورت الگوی استخوان ماهی مشاهده کرد.
 درصورت اضافه شدن لایه پیچیدگی دیگر، بیرونی ترین لایه منطقه ضربه باز هم متفاوت خواهد بود و این بار پوشش ذره مانند نازکی را در اطراف گرزانگشتی در اختیار قرار می دهد و فشاری را که ممکن است نتایج جبران ناپذیری درون گرز جانور به جا بگذارد از محل دفع می نماید. 
نیکلاس یراقی، دانشجوی دکتری در گروه کیسایلوس که هدایت تحقیق اخیر را به عهده داشته اظهار می دارد این اولین بار است که ساختار منحصربه فرد استخوان ماهی در طبیعت مطالعه شده است. 
وی می گوید: "با اتکا به مطالعات قبلی می دانیم که منطقه ضربه، امکان انتقال نیروی جهشی قابل توجهی را به بدن طعمه میگوآخوندک داده و درعین حال از شکستن گرز انگشتی این جاندار هم جلوگیری می کند، اما آنچه موجب تمایز تحقیق اخیر بود آنست که دریافتیم خصوصیات این ماده مقاوم در برابر ضربه، به واسطه ساختار استخوان، «بی همتا» می باشد."
زاواتیری و نیکولاس گوریان زاپاتا دانشجوی وی یک سری مدل های کامپیوتری را تولید کردند که از جزئیات محلی ساختار استخوان ماهی تقلید می کند. برمبنای این مدل ها امکان توزیعِ یکپارچه تر فشار هنگام وارد آوردنِ آسیب به طعمه و کاستن از عواقب آسیب دیدگی ساختار (بخاطر توزیع فشار) وجود دارد. تست فشردگی کامپوزیتِ زیست تقلیدیِ چاپ سه بعدی همچنین به اثبات این مسئله کمک کرد که ساختار استخوان، در بازتوزیع فشار، در منطقه ضربه نسبت به منطقه دوره ای موثرتر عمل می کند. 
به گفته گوریان زاپاتا: "هرچند نتایج مدلسازی کامپیوتری تایید کرد که می توان دست به بازتوزیع فشار در ساختارها زد، اما هیجان اصلی را هنگام تست کردن نمونه های درست شده به روش چاپ سه بعدی حس کردیم."
کیسایلوس اظهار می دارد کشف ساختار استخوانی که در برابر ضربه مقاومت بسیار زیادی دارد منبع الهام جدیدی برای طراحی نسل آینده مواد جهت کاربردهای مختلفی از جمله در حوزه های هوافضا، اتومبیل سازی و زرهی می باشد. 
وی در همین رابطه می گوید: "تکامل گرز انگشتی مقاوم در برابر ضربه و قدرتِ اسثنایی میگوی آخوندکِ خردکننده صرفاً ابزاری برای غذاخوردنِ این موجود است. با این حال باید اذعان داشت هرچه بیشتر در مورد این جاندار ریز و طرح های ساختاری چند لایه بدنش می آموزیم، بیشتر درمی یابیم که می شود با بهره گیری از دانش بدست آمده اقدام به طراحی هواپیما، ماشین، تجهیزات ورزشی و زرهی بهتر نمود." کیسایلوس اضافه می کند پیشرفت های اخیر در تکنیک های چاپ 3 بعدی و مدلسازی، ترجمه کردن آسان تر اسلحه میگوآخوندک به مواد جدید را در پی دارد. 
به نقل از وی: "با استفاده از تکنیک های پرینت سه بعدی همانند آنهایی که تیم زاواتیری به کار برد، می شود از دانسته های کسب شده در مورد معماری گرز انگشتی استفاده کرده و با مواد سنتی مهندسی همانند پلمیرها و فیبر کربن کامپوزیت های جدیدی را ساخت." در واقع، وی ادعا می کند تیمش نسل دوم کامپوزیت هایی را تولید کرده که نه تنها ترکیب جاذب انرژی را در خود دارد، بلکه لایه بیرونی مستحکم آن الهام گرفته از میگوآخوندک است و در همین راستا یک کلاه محافظ را با «پوشش سخت» ارائه کرده است. 

لطفا صبر کنید ...

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
کمپل آرشیتکچر و اضافه سازی نورگیر بیضی شکل به خانه C3 در سیدنی استرالیا

کمپل آرشیتکچر و اضافه سازی نورگیر بیضی شکل به خانه C3 در سیدنی استرالیا

"خانه مدرن با جزئیات ظریف و تقسیم بندی جالب که درصدد تقلید از سبک خانه های قدیمی نیست و درعین حال به خوبی در خیابانی با خانه های تاریخی در اطرافش جا خوش کرده است" خانه C3 که آنرا به نام "جعبه نور مسکونی" می شناسند توسط شرکت محلی کمپل آرشیتکچر طراحی شده است و طراحانش خانه حومه ای سنتی یادشده در سیدنی را بدل به خانه مسکونی معاصر و جاداری نموده اند.

مطالعه متن کامل
وجود ارتباط بین آلودگی هوا و رشد شناختی کندتر در کودکان

وجود ارتباط بین آلودگی هوا و رشد شناختی کندتر در کودکان

در مدارس، سطوح بالای آلودگی هوای ناشی از ترافیک با رشد شناختی کندتر در کودکان 7 تا 10 ساله در بارسلونا ارتباط دارد.

مطالعه متن کامل
کودکان مبتلا به OCD (اختلال وسواسی-اجباری) شبکه‌ مغزی متفاوتی دارند.

کودکان مبتلا به OCD (اختلال وسواسی-اجباری) شبکه‌ مغزی متفاوتی دارند.

نتایج پژوهشی جدید نشان می‌دهد ارتباط بین برخی از مهمترین مراکز مغز در کودکان مبتلا به اختلال وسواسی-اجباری متفاوت است. نتایج پژوهش سازگاری بالایی با مشاهدات کلینیکی دارد.

مطالعه متن کامل
طرح جدید شرکت Texchange، موتور را از خودروی برقی حذف می کند

طرح جدید شرکت Texchange، موتور را از خودروی برقی حذف می کند

قبل از این هم طرح های مفهومی گوناگونی ارائه شده که به ایدۀ دریافت نیروی برق از کابل های نصب شده در جاده پرداخته اند تا خودروهای برقی را از حمل کردن باتری های سنگین معاف کنند. اما اکنون شرکت بریتانیایی Texchange پا را فراتر گذاشته و سیستمی را ارائه کرده است که در آن علاوه بر باتری، موتور خودرو هم روی جاده نصب می شود!

مطالعه متن کامل
فسیل 17 میلیون ساله جمجمه نهنگ، یاریگر شناسایی مکان اولیه انسان

فسیل 17 میلیون ساله جمجمه نهنگ، یاریگر شناسایی مکان اولیه انسان

در یک مطالعه جدید محققان توانستند معمای جستجوی مکان تولد انسان در آفریقای شرقی را به کمک فسیل یک نهنگ منقاردار، حل کنند. این فسیل، قدیمی ترین فسیل شناخته شده توسط انسان و یکی از چالش برانگیزترین موارد یافت شده برای دانشمندان است زیرا این فسیل در فاصله 740 متری ساحل آفریقای شرقی یافت شده است، زمانی که آنجا منطقه ای پوشیده شده از درختان متراکم بوده!!

مطالعه متن کامل