ให้ความรู้เกี่ยวกับน้ำ

ด้วยกล้องจุลทรรศน์ความละเอียดสูงและเทคโนโลยี 3 มิติ นักวิจัยจาก Johns Hopkins University และ Massachusetts Institute of Technology ได้บันทึกภาพขนนกจากนกนางนวลที่อาศัยในทะเลทรายในมุมมองที่ไม่เคยมีมาก่อน แสดงให้เห็นสถาปัตยกรรมอันเป็นเอกลักษณ์ของขนนก และเผยให้เห็นเป็นครั้งแรกว่าพวกมันจุได้มากเพียงใด น้ำ. Jochen Mueller ผู้เขียนร่วม ผู้ช่วยศาสตราจารย์ภาควิชาวิศวกรรมโยธาและระบบของ Johns Hopkins ซึ่งเชี่ยวชาญด้านวัสดุอัจฉริยะและ ออกแบบ. "จากมุมมองด้านวิศวกรรม เราคิดว่าการค้นพบนี้อาจนำไปสู่การสร้างสรรค์ใหม่ที่ได้รับแรงบันดาลใจจากชีวภาพ" งานนี้ได้รับการเผยแพร่ในวันนี้ในThe Royal Society Interface Sandgrouse ที่พบในทะเลทรายแอฟริกามักทำรังห่างจากแหล่งน้ำประมาณ 20 ไมล์เพื่อให้ปลอดภัยจากผู้ล่า ในการหาน้ำกลับบ้านให้กับลูกไก่ที่กระหายน้ำ นกตัวผู้ที่โตเต็มวัยจะแสดงหนึ่งในตัวอย่างที่ดีที่สุดของธรรมชาติในการอุ้มน้ำ รวบรวมน้ำและบินกลับบ้าน การแสดงนี้พิเศษยิ่งกว่าเมื่อพิจารณาว่านกทรายอุ้มน้ำประมาณ 15% ของน้ำหนักตัว และรักษาส่วนใหญ่ให้ปลอดภัยในระหว่างเที่ยวบินกลับบ้านประมาณ 40 ไมล์ต่อชั่วโมงซึ่งใช้เวลาประมาณครึ่งชั่วโมง นกทรายตัวผู้เป็นนกเพียงชนิดเดียวที่รู้จักอุ้มน้ำในลักษณะนี้ ขนท้องที่ดัดแปลงเป็นพิเศษของพวกมันคือกุญแจสำคัญ นักวิจัยคนอื่นๆ บันทึกขนท้องที่ไม่ธรรมดาเหล่านี้เป็นครั้งแรกเมื่อกว่า 50 ปีที่แล้ว แต่ที่นี่ด้วยเทคโนโลยีที่ทันสมัย ​​ทีมสามารถสาธิตวิธีการทำงานของขนนกได้ในที่สุด มูลเลอร์และวิศวกรของ MIT ลอร์นา เจ. กิบสันมุ่งเน้นไปที่โครงสร้างจุลภาคของขนท้องโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด เอกซเรย์คอมพิวเตอร์ขนาดเล็ก กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง และการถ่ายภาพวิดีโอ 3 มิติ โดยมองอย่างใกล้ชิดที่ก้าน แต่ละอันมีขนาดเพียงเศษเสี้ยวของความกว้างของเส้นผมมนุษย์ และ barbules แต่ละอันมีขนาดเล็กลง ทีมงานได้ขยายขนนกให้ใหญ่ขึ้น โดยสังเกตว่าขนทั้งแห้งและเปียก จากนั้น ในการเคลื่อนไหวที่ละเอียดอ่อนพอๆ กับที่มันสำคัญมาก ขณะที่ขยาย ขนแห้งจะถูกจุ่มลงใน น้ำ ดึงออกมา แล้วจุ่มลงไปใหม่ เหมือนกับนกทรายที่แอ่งน้ำ “เมื่อคุณทำงานประเภทนั้น คุณจะหายใจไม่ออก ไม่เช่นนั้นคุณก็ระเบิดมันทิ้งไป” มูลเลอร์กล่าว มูลเลอร์อธิบายโครงสร้างขนนกแต่ละอันว่า "งดงาม" ด้วยส่วนประกอบที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมในหลายวิธีในการอุ้มและกักเก็บน้ำ รวมถึงวิธีที่มันโค้งงอ วิธีการที่แท่งก่อตัวเป็นกระจุกคล้ายกระโจมเมื่อเปียกน้ำ และโครงสร้างท่อภายในแต่ละแท่งจับน้ำได้อย่างไร ขนนกแต่ละเส้นช่วยกักเก็บน้ำไว้ผ่านป่าหนามใกล้กับก้าน ทำงานร่วมกับก้านที่ม้วนงอใกล้ปลายซึ่งทำหน้าที่เกือบเหมือนหมวก “นั่นคือสิ่งที่ทำให้เราตื่นเต้นที่ได้เห็นรายละเอียดในระดับนั้น” มูลเลอร์กล่าว "นี่คือสิ่งที่เราต้องเข้าใจเพื่อใช้หลักการเหล่านั้นในการสร้างวัสดุใหม่" ทีมงานยังได้จำลองการดูดน้ำของขนด้วยคอมพิวเตอร์ Mueller และ Gibson คาดว่าการค้นพบของพวกเขาจะเป็นรากฐานของการออกแบบทางวิศวกรรมในอนาคตที่ต้องการการควบคุมการดูดซับ การกักเก็บที่ปลอดภัย และการปล่อยของเหลวที่ง่ายดาย การใช้งานที่เป็นไปได้ ได้แก่ การออกแบบตาข่ายสำหรับรวบรวมและกักเก็บน้ำจากหมอกและน้ำค้างในพื้นที่ทะเลทราย และขวดน้ำที่ออกแบบมาเพื่อป้องกันการแกว่งและลื่นที่น่ารำคาญ สำหรับขวดน้ำหรือเป้กีฬา เขากำลังคิดเกี่ยวกับการออกแบบที่สามารถบรรจุของเหลวได้อย่างปลอดภัย แต่รวมถึงระบบภายในที่เหมือนขนนกที่ป้องกันไม่ให้น้ำแกว่งไปแกว่งมาในขณะที่มีคนเคลื่อนไหวไปด้วย เขาคิดว่าถุงใส่น้ำหรือถุงใส่น้ำที่สามารถทำเช่นนี้ได้จะได้รับความนิยมเป็นพิเศษจากนักวิ่ง นอกจากนี้ เขายังจินตนาการถึงไม้กวาดทางการแพทย์ระดับถัดไปที่ใช้ง่ายกว่า "ซึ่งคุณสามารถดูดซับของเหลวได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ปล่อยออกได้ง่ายกว่ามาก" เขากล่าว พร้อมเสริมว่าฟีเจอร์การปลดปล่อยเป็นปัญหาสำหรับการรวบรวมการทดสอบทางจมูกของ COVID-19 ตัวอย่างในช่วงโรคระบาด ต่อไป ทีมงานวางแผนที่จะพิมพ์โครงสร้างที่คล้ายกันในรูปแบบ 3 มิติและดำเนินการเชิงพาณิชย์