انتقال آب با الهام از مارمولک‌ها؛ الگو‌های فناوری مدرن در طبیعت!

زیست‌تقلید به معنای مطالعۀ ساختار‌های زیستی برای ایجاد فناوری‌های جدید در مقیاس کلان یا نانو است.

دانشمندانِ پروژه‌ای اروپایی قصد دارند با الهام و تقلید از ریزساختار‌های پوستیِ تیرۀ خاصی از مارمولک‌ها و سوسک‌ها فناوری جدیدی را توسعه دهند.

آن‌ها طی تحقیقات خود دریافته‌اند ریزساختار‌های پوست مارمولکِ شاخ‌شاخ ویژگی‌های منحصر به فردی دارد که برای انتقال مایعات به کار می‌آید.

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

این گونه از مارمولک‌ها برای زنده‌ماندن نیاز به آب بسیار کمی دارند. آن‌ها قادرند به طور طبیعی از شبنم یا قطرات بارانی که پشت بدنشان جمع شده، استفاده کنند؛ بنابراین محققان اروپایی با الهام از این سیستم هوشمند طبیعی، قصد دارند فناوری‌هایی در مقیاس نانو برای انتقال آب طراحی کنند.

این نوع مارمولک از تیرۀ شاخی‌مارمولکان است و مهارت‌هایی دارد که می‌تواند از شکار شدنش جلوگیری کند.

پوست این نوع مارمولک به سرعت مایعات را جذب می‌کند. فلوریان هاشن، زیست‌شناس در این باره می‌گوید: «ریزساختار‌های پوست این مارمولک به سرعت مایعات را جذب می‌کند. در لایه‌های مختلف پوست مارمولک شاخ‌شاخی، یک سیستم مویرگی وجود دارد که مایع را به سرعت به سر حشره منتقل می‌کند. سپس مارمولک می‌تواند مایع را با گوشۀ دهانش بنوشد.»

محققان این آزمایش‌ها را روی گونه‌ای از سوسک‌هایی که در آمریکای جنوبی یافت می‌شوند، انجام می‌دهند. آن‌ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی قوی، مدلی سه بعدی از پوست حشره، در مقیاس نانومتر می‌سازند.

زیست‌شناس دانشگاه یوهانس کپلر لیتس در این باره که این مدل به چه کار محققان می‌آید، می‌گوید: «متوجه شدیم که ترشحات دفاعی در بخش خاصی از بدن حشره و در ریزساختار‌های پوست آن قرار دارد. غدد مربوط به ترشحات دفاعی هم زیر بال‌های حشره است. 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 به این ترتیب از خودش دفاع می‌کند.»

بخش دیگر تحقیقات این پروژۀ اروپایی در کرت یونان انجام می‌شود. محققان موسسۀ "ساختار‌های الکترونیک و لیزر" در این جزیره با پروژۀ اروپایی همکاری دارند. دانشمندان این موسسه در زمینۀ فناوری لیزر تخصص دارند. هدف آن‌ها بازتولید مدل‌هایی است که دانشمندان علم زیست‌تقلید (بیومیمتیک) بر اساس مواد مصنوعی ساخته‌اند.

آن‌ها برای این کار از پالس‌های کوتاه لیزر، در مقیاس بسیار کوچک استفاده می‌کنند. اوانجلوس اسکولاس، مهندس اپتیک و لیزر این موسسه در این باره که تابش پرتو لیزر چگونه در ساخت مدل‌های سه‌بعدی 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.»

مهندسان اپتیک و لیزر در موسسۀ ساختار‌های الکترونیک و لیزر با استفاده از تابش پرتو لیزر، مدل‌هایی سه‌بعدی با تقلید از ریزساختار پوست حشره می‌سازند.

ساخت مدل سه‌بعدی بر اساس ریزساختار‌های پوست حشرات چه کاربرد‌هایی دارد؟ این آزمایش‌ها برای فولاد هم انجام می‌شود که اهمیت خاصی دارد، چون با این ساختار‌ها می‌توان 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 با هم در تماسند. در نتیجه می‌توان اصطکاک بین سطوح را با افزودن یک ساختار سطحی کاهش داد.»

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

منبع:عصرایران