Kineski naučnici otkrili su mehanizam koji stoji iza izuzetne otpornosti na zamor jedne vrste slatkovodne školjke, tokom bezbrojnih ponavljanja otvaranja i zatvaranja oklopa čitavog životnog veka.
Tokom desetogodišnjeg istraživanja o slatkovodnoj školjki Cristaria plicata, naučnici su otkrili mehanizam odgovoran za otpornost šarke za otvaranje i zatvaranje školjke i predložili novi princip za dizajniranje materijala otpornih na zamor sa deformabilnošću, navodi se u istraživačkom radu nedavno objavljenom u časopisu Nauka (Science).
Umor predstavlja izazov za žive organizme. Tokom aktivnosti koje uključuju ponovljena opterećenja, kao što su trčanje, skakanje i žvakanje greške izazvane umorom mogu dovesti do povreda ili smrti. Veštačke strukture koje sadrže krhke materijale takođe doživljavaju slične neuspehe. Kao rezultat toga, postoji hitna potreba za istraživanjem i razvojem deformabilnih materijala sa visokom otpornošću na zamor.
Tim istraživača sa Univerziteta za nauku i tehnologiju Kine crpio je inspiraciju iz školjki čija šarka povezuje dve strane ljušture i nosi ponovljene deformacije u pokretima otvaranja i zatvaranja dok održava stabilnu funkciju bez grešaka.
„Šarka je zaista neverovatna“, rekao je Mao Libo, član istraživačkog tima sa Univerziteta za nauku i tehnologiju, napominjući da ima mineralizovano tkivo u obliku lepeze koje sadrži dosta krhkih kalcijum karbonata koji ne mogu da izdrže velike deformacije. Međutim, šarka se podvrgava značajnoj deformaciji tokom kretanja školjki“, rekao je.
„Pokušali smo da shvatimo kako školjke balansiraju ovu kontradikciju između upotrebe krhkih materijala i potrebe za deformacijom“, dodao je Mao.
Međutim, analiza prirodnih biomaterijala predstavlja veliki izazov naučnicima koji se bave materijalima zbog njihovog nepoznatog sastava i složene strukture, naveo je Mao.
Istraživački tim je dizajnirao uređaj za testiranje kako bi potvrdio otpornost šarke na zamor. Otkrili su da šarka nije pokazivala znake zamora čak ni nakon što je izdržala 1,5 miliona deformacija i nastavila je da podržava otvaranje i zatvaranje dve strane ljušture školjke.
Skeniranjem šarke, tim je otkrio da su krhke nanožice kalcijum karbonata radijalno poređane u tkivu šarke u obliku lepeze i ugrađene u elastičnu matricu.
Otporna organska matrica smanjuje koncentraciju stresa u tkivu i izbegava lomljenje nanožica, rekao je Meng Siangsen, član istraživačkog tima sa Univerziteta za nauku i tehnologiju i prvi autor rada.
Kroz strukturni dizajn na više nivoa tvrdo-meki kompleks u tkivu šarke koordinira deformaciju i prevodi spoljna opterećenja iz radijalnog pravca u obodni pravac tokom kretanja školjki, primetio je Meng.
Inspirisan ovim mehanizmom iz prirode, istraživački tim je razvio kompozitni materijal od krhkih staklenih vlakana i polimera i uspešno je potvrdio njegovu otpornost na zamor pri ponovljenim deformacijama.
Nalazi integrišu mnogo različitih tehnika za razumevanje osobina otpornih na zamor tkiva školjki i podstiču dalji istraživački rad koristeći bio-inspirisane kompozite za dizajniranje novih materijala sa povećanom otpornošću na zamor, rekao je recenzent časopisa.
(Beta)
Pratite Krstaricu na www.krstarica.com