Cephalo-inšpirovaná technológia budúcnosti

Cephalo-inšpirovaná technológia budúcnosti

Poďakovanie: Roger Hanlon, odKde je Octopus?

Hlavonožce majú množstvo fascinujúcich – a bizarných – vlastností. Výskumníci videli chobotnicešprintcez dno oceánov na dvoch ramenách; okázalá sépia pulzné čierne pásy cez ich telá; a chobotnicestriekať atramentprilákať kamarátov. A hoci správanie a biológia hlavonožcov sú samy osebe zaujímavé, materiáloví vedci a inžinieri vidia tieto úžasné chápadlové tvory ako nekonečný zdroj nápadov pre ich biomimetické návrhy.

„Hlavonožce sú také vzrušujúce zdroje inšpirácie,“ hovorí Alon Gorodetsky, materiálový vedec z Kalifornskej univerzity v Irvine. 'Veci, ktoré robia, ako sa pohybujú, dokonca aj ich mozgy - je to ako sci-fi.'



[ Biomimikry v akcii. ]

V tomto segmente Ira chatuje s Gorodetským a ďalšími technológmi o rade inovácií inšpirovaných hlavonožcami, od adaptívnej kamufláže až po samoliečivé materiály. Okrem toho Brandon Echter a Lauren Young z MolecularConceptor uzatvárajú tohtoročnýTýždeň hlavonožcovs pohľadom na plavbu Johna Steinbecka v roku 1940 s morským biológom Edom Rickettsom do Cortezského mora a zhrnutím týždňových príbehov, praktických aktivít a udalostí.

[ John Steinbeck a záhada chobotnice Humboldt. ]

Tu sú len niektoré zo spôsobov, ako by aplikovaná veda o hlavonožcoch mohla byť prínosom pre ľudstvo:

Kamufláž na príkaz

Je ťažké - niekedy nemožné - rozpoznať hlavonožce vo voľnej prírode. Tieto tvory s mäkkým telom zvládli umenie maskovania a môžu sa bez problémov začleniť do skalného podložia alebo koralových útesov len rýchlou zmenou pigmentov v koži.

Gorodetsky a tím výskumníkov z UC Irvine študujú záludné schopnosti hlavonožcov meniť farbu, aby zistili, či by sa podobné triky dali použiť na vytvorenie adaptívneho maskovacieho oblečenia. Jedným z molekulárnych nástrojov, na ktoré sa chobotnice a iné hlavonožce spoliehajú pri ich technickofarebnom zobrazení, je proteín nazývaný reflektín, ktorý slúži ako stavebný kameň pre štruktúry meniace farbu v bunkách hlavonožcov. Gorodetsky hovorí, že v niektorých z týchto štruktúr sa vrstvy bielkovín a iných materiálov striedajú ako hromada hovädzích placiek a buchiet v Big Mac.

[ Tajomstvo kamufláže hlavonožcov. ]

Hlavonožce môžu manipulovať s vrstvenými proteínmi (napríklad okamžite zmeniť štruktúru a hrúbku hovädzích placiek alebo buchiet), aby rýchlo zmenili svoju farbu. Gorodetsky sa snaží replikovať tento proces s umelými materiálmi. V budúcnosti by sa podľa neho mohli tieto techniky použiť na vytváranie odevov, ktoré môžu meniť farby na požiadanie, alebo vojenských uniforiem, ktoré dokážu prispôsobiť svoj vzhľad vnímaním prostredia.

Samoliečivá látka budúcnosti

Kalmáre môžu byť rýchlymi predátormi. Sú vyzbrojení ostrými, pevnými zobákmi, silnými chápadlami a mnohými prísavkami – každý vnútorný krúžok je lemovaný drobnými zúbkami. Tieto zuby na báze bielkovín sú ako klince a pomáhajú chobotnici prichytiť sa na svoju korisť. Materiáloví vedci z Pennsylvánskej štátnej univerzity zistili, že tieto zuby sú nielen tvrdé, ale dokážu sa aj samoliečiť.

[Aká veľká bola táto chobotnica?]

Bitky s korisťou a predátormi môžu poškodiť prstencové zuby, čo môže byť dôvodom regeneračných vlastností proteínu, vysvetľuje Melik Demirel, profesor inžinierstva na Pensylvánskej štátnej univerzite, ktorý vedie výskumný projekt. V skutočnosti má bielkovina, ktorá tvorí zuby, podobnosť s tými, ktoré sa nachádzajú v hodvábe, a mohli by sa použiť na výrobu materiálov, ktoré sa môžu samozostavovať. Ako je ukázané vo vyššie uvedenom videu, Demirelov tím vytvoril proteínové „lepidlo“ z chobotnicových krúžkov, ktoré – len s trochou vody, tepla a tlaku – dokáže opraviť trhliny a trhliny v tkaninách.

Drobné, výkonné trysky

Mláďa kalifornskej chobotnice tryská cez morskú vodu naplnenú časticami, aby sledovala pohyb vody. Video je spomalené 30x. Video poskytli Diana Li a Alyaa Taleb

Chobotnice sú vždy v pohybe. Hlavne preto, že rovnako ako ľudia, aj chobotnice sa potopia, ak nebudú plávať,  vysvetľuje Diana Li, doktorandka na Stanfordskej námornej stanici Hopkins. Vyvinuli jedinečné a efektívne spôsoby, ako zostať na vode vo vodnom stĺpci.

Jeden spôsob: mávanie pôvabnými krídlami na bokoch ich tiel, ako keby lietali pod vodou. Druhým je spôsob pohybu, ktorý sa častejšie spája s oblohou a priestorom: prúdový pohon. Toto stvorenie v tvare torpéda má v sebe impozantnú silu a dokáže dokonca zrýchliť tak rýchlo ako horská dráha alebo pretekárske auto Formuly 1.

'Sú ako podvodné rakety,' hovorí Li.

Li študuje, ako sa veľké a malé chobotnice poháňajú, čo poskytuje prehľad inžinierom ako Kakani Katija z Monterey Bay Aquarium Research Institute. 'Môžeme sa pozrieť na tieto drobné organizmy a možno budeme schopní objasniť niečo o fyzike, čo sme predtým nevedeli,' hovorí Katija. A možno by zo štúdia tejto súpravy podvodných trysiek mohli vyplynúť nové priemyselné alebo letecké inovácie.

[Hlavonožce nastavujúce trysku.]

Dospelá kalifornská trhová chobotnica na „bežiacom páse chobotnice“. Li a jej tím merajú trysky chobotnice po záblesku svetla. Klip je spomalený 4x. Video s láskavým dovolením Diana Li

Pripojte sa k moru podpory Science Friday

S každým darom 8 USD (za každý deň týždňa hlavonožcov) môžete sponzorovať iného ilustrovaného hlavonožca. Odznak hlavonožca spolu s vaším krstným menom a mestom bude našou súčasťou More podporovateľov !

Darovať