مام فناوری‌ها یا اختراعات انسانی به نوعی تقلید از مدل‌های زنده ست. به این کارزیست تقلید یا بیومیمتیک (Biomimetics) گفته می‌شود. زیست تقلید یعنی مطالعه بر روی ساختارهای زیستی برای ایجاد فناوری‌های جدید در مقیاس کلان یا نانو.

دانشمندان یک طرح اروپایی قصد دارند با الهام گرفتن و تقلید از زیرساخت‌های پوستی تیره خاصی از مارمولک و سوسک همین کار را انجام بدهند.

آنها متوجه شده‌اند که ریزساختارهای پوست مارمولک شاخ‌شاخ ویژگی‌های منحصر به فردی دارد که برای انتقال مایعات به کار می‌آید.

طراحی مدل سه‌بعدی پوست حشره در مقیاس نانومتر

بخشی از این تحقیقات در آزمایشگاه‌های دانشگاه یوهانس کپلر در لیتس در اتریش انجام می‌شود. آنها برای انجام آزمایش‌ها مارمولک شاخ‌شاخی را از آمریکای شمالی به شهر لیتس آورده‌اند.

این‌گونه از مارمولک‌ها برای زنده ماندن نیاز به میزان بسیار کمی از آب دارند. آنها می‌توانند به طور طبیعی، شبنم یا قطرات بارانی را که روی پشتشان جمع شده،‌ استفاده کنند محققان اروپایی از این سیستم هوشمند طبیعی الهام گرفته‌اند تا فناوری‌های در مقیاس نانو برای انتقال آب طراحی‌کنند.

این نوع مارمولک از تیره شاخی‌مارمولکان است و می‌تواند از طیف وسیع و گسترده‌ای از ابزار، برای جلوگیری از شکار شدن استفاده کند.

پوست این مارمولک‌ها می‌تواند به‌سرعت مایعات را جذب کند. فلوریان هاشن، زیست‌شناس دراین‌باره که چگونه مارمولک شاخ‌شاخی قادر است از قطرات آب جمع شده روی پوستش برای آب استفاده کند،‌ توضیح می‌دهد و می‌گوید: «ریزساختارهای پوست این مارمولک‌ها به‌سرعت مایعات را جذب می‌کند. در لایه‌های مختلفِ پوستِ مارمولک شاخ شاخی،‌ یک سیستم مویرگی وجود دارد که مایع را خیلی به‌سرعت به سر حشره منتقل می‌کند. سپس مارمولک می‌تواند مایع را با گوشه دهانش بنوشد.«

محققان این آزمایش‌ها را روی گونه‌ای از سوسک‌های آمریکای جنوبی هم انجام می‌دهند. آنها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی قوی،‌ مدل سه‌بعدی از پوست حشره،‌ در مقیاس نانومتر می‌سازند.

زیست‌شناس دانشگاه یوهانس کپلر لیتس دراین‌باره که اما این مدل به چه کار محققان می‌آید، می‌گوید: «متوجه شدیم که ترشحات دفاعی در بخش خاصی از بدن حشره، و در ریزساختارهای پوست آنها قرار دارد. غدد مربوط به ترشحات دفاعی هم زیر باله‌ای حشره هست. ترشحات دفاعی تولیدشده از طریق ریزساختارهای پوست، به محل اتصال بال حشره به بدنش منتقل می‌شود. سپس تبخیر شده و با ایجاد بوی بد خطر را از خود دور،‌ و به‌این‌ترتیب از خودش دفاع می‌کند.«

استفاده از لیزر برای طراحی ریزساختارهای هیدروفیل یا هیدروفوبی

بخش دیگر تحقیقات این طرح اروپایی در کرت در یونان انجام می‌شود. محققان موسسه ساختارهای الکترونیک و لیزر در این جزیره با پروژه اروپایی مشارکت دارد. دانشمندان این موسسه در زمینه فناوری لیزر تخصص دارند.

هدف آنها بازتولید مدل‌هایی است که دانشمندان علم زیست تقلید (بیومیمتیک)‌ بر اساس مواد مصنوعی ساخته‌اند. آنها برای این‌کار از پالس‌های کوتاه لیزر، در مقیاس بسیار کوچک استفاده می‌کنند.

اوانجلوس اسکولاس، مهندس اپتیک و لیزر این موسسه دراین‌باره که تابش پرتو لیزر چگونه در ساخت مدل‌های سه‌بعدی به مورد استفاده قرار می‌گیرد، می‌گوید: «تابش پرتو لیزر به ماده شوک وارد می‌کند و ساختار ماده را تغییر می‌دهد. می‌توانید در مقیاس و با تفکیک‌پذیری از چند میکرون تا چند دهم نانومتر، ساختارهای سه‌بعدی بسازید. (برای مقایسه) این نکته را در نظر بگیرید که قطر موی شما صد میکرون است.«

ساخت مدل سه‌بعدی بر اساس پوست مارمولک، چه فایده‌ای برای ساختارهای آب‌دوست (هیدروفیلی) و آب‌گریز (هیدروفوبی) دارد؟‌

امانوئل استراتکیس، مسئول هماهنگ‌کننده این طرح از موسسه ساختارهای الکترونیک و لیزر در یونان به این سؤال پاسخ می‌دهد و می‌گوید: «اینجا می‌توانید ناحیه‌ای را ببینید که در جاهای مشخص الگوهای مشخص با ساختارهای مشخص به خود گرفته است. ساختارهای آب‌دوست (هیدروفیلی) و آب‌گریز (هیدروفوبی). ترکیب این ساختارها آب را در مسیر مشخصی هدایت می‌کند و بازدهی را حداکثر می‌کند.«

کاربرد ساخت مدل سه‌بعدی بر اساس زیرساختارهای پوست حشرات چه هستند؟‌

این آزمایش‌ها برای فولاد هم انجام می‌شود که اهمیت خاصی دارد چون می‌توان با این ساختارها اصطکاک را در قطعات میکرومکانیکی و در نتیجه فرسایش آنها را کاهش داد.

مانوئل استراتکیس، مدیر این طرح می‌گوید: «در اجزای میکرومکانیکی، دو سطح داریم که از طریق روان‌ساز باهم در تماسند. در نتیجه می‌توان اصطکاک بین سطوح را با افزودن یک ساختار سطحی کاهش دهیم».

این فناوری کاربردهای دیگر هم دارد، از جمع‌آوری آب موقع خشکسالی گرفته تا کاربرد در مهندسی پزشکی.

(یورونیوز)

1397/04/07
1773