تاریخ آخرین ویرایش : دوشنبه،19-4-1396
تعداد بازدید :1577

نوآوری‌ها و پژوهش‌های تازه در دانش بیونیک

در یک کلام می توان گفت که بیونیک یعنی الگوبرداری از طبیعت است و به کنکاش در طبیعت و موجودات زنده می پردازد تا با کشف روابط موجود بتواند آنها را در فن آوری مورد استفاده قرار دهد. به عبارت دیگر می توان آن را هنر استفاده از دانش سیستم های زنده در حل مسائل فنی دانست.

بیونیک یا خلاقیت‌ شناسی طبیعت ‌الگو (Bionics) الگوگیری از سامانه ‌ها، ساختارها و ساز و کارهای طبیعت و موجودات زنده برای ابداع و اختراع، پدید آوردن فن آوری و حل مسائل فنی مهندسی است.

تفاوت طراحی ارگانیک و طراحی بیونیک در این است که در سبک ارگانیک بیشتر از فرم و رنگ عناصر موجود در طبیعت استفاده می ‌شود ولی در طراحی بیونیک از سیستم و عملکرد عناصر طبیعی بیشتر در ایده‌ های اولیه و ساختارها الگوبرداری می‌‌شود. به عنوان مثال از طرح تار عنکبوت برای ساخت یک سازه مستحکم الگوبرداری می ‌شود.

چسب زیستی قدرتمند با الهام از تار عنکبوت

دانشمندان دانشگاه «اکرون» در آمریکا با الهام از ابریشم تار عنکبوت در تلاش برای ساخت چسب های مؤثرتر، محکم تر و زیستی تر هستند که بتواند تاندون ها را به استخوان چسبانده یا شکستگی های استخوان را ترمیم کند.

آنها نسخه های مصنوعی از حلقه های اتصالی بسیار چسبناک ابریشمی که عنکبوت ها از آن برای اتصال تارهای خود به سطوح استفاده می کنند، ساخته اند. وقتی عنکبوت یک رشته ابریشمی زیرین را به رشته های اضافی متصل می کند مانند یک گیره، این حلقه ها شکل می گیرند. این هندسه «گیره -اتصال» از اتصال حلقه، یک نیروی اتصالی بسیار محکم را با استفاده از یک ماده کوچک فراهم می کند.

از طریق فرایندی به نام «الکترواسپینینگ» که در آن برای بیرون کشیدن الیاف بسیار مطلوب از یک مایع (در این مورد «پلی یورتان») از بار‌الکتریکی استفاده می‌شود، پژوهشگران توانسته اند این طراحی گیره ـ اتصال را تقلید کرده و رشته نایلونی زیرین را به الیاف «الکترو اسپین» شده متصل کنند.

پژوهشگران بر این عقیده هستند که معماری این چسب کاربردهای بالقوه ای در علوم چسب و اتصال و به ویژه در زمینه زیست پزشکی دارد. این طراحی می تواند علاوه بر پزشکی کاربردهای بالقوه تری در خلق چسب های قدرتمندتر از چسب های مایع و نواری کنونی داشته باشد. نتایح این تحقیقات در نشریه «فیزیک پلیمر» منتشر شده است.

اَبَرچسبی با الهام از قدرت مارمولک ها

خارق العاده بودن توانایی چسبندگی در پاهای مارمولک ها برای همه آشکار شده است و همه دیده اند که مارمولک ها می توانند به راحتی از شیشه ها در زاویه عمودی بالا بروند. اکنون گروهی از پژوهشگران دانشگاه ماساچوست این توانایی را شبیه سازی کرده و با الهام از قدرت چسبندگی پای مارمولک ها موفق به ابداع ماده‌ای چسبناک شده اند که قطعه ای ۱۰۳ سانتی متر مربعی از آن می تواند باری ۳۱۸ کیلوگرمی را نگه دارد یا به دیوار بچسباند.

این قطعه ماده که به اندازه یک برگه یادداشت کوچک است می تواند به راحتی یک تلویزیون با نمایشگر مسطح را روی دیوار نگه دارد. در حالی که می توان آن را به راحتی از دیوار جدا کرد و هیچ رد آلودگی از آن روی سطوح باقی نخواهد ماند.انگشتان مارمولک ها دارای میلیون ها زائده تار مانند میکروسکوپی است و از نیروی «وندروالسی» که جاذبه و دافعه را در سطح مولکولی به وجود می آورد استفاده می کند.

تلاش های گذشته برای تقلید از قدرت بالای مارمولک ها روی این زائده ها برای ساخت مواد چسبنده ای مانند نوارچسب یا روبات هایی با قابلیت بالا رفتن از دیوار متمرکز شده بود. با این همه پژوهشگران دانشگاه ماساچوست دریافته اند برای حل این مشکل نباید فقط روی این زائده های تار مانند متمرکز شد زیرا به اعتقاد آنها این تارهای میکروسکوپی تنها یکی از ابزارهای مورد نیاز مارمولک برای بالا رفتن از سطوح عمودی است.

این گروه از پژوهشگران که غالباً از دانشمندان پلیمری تشکیل شده بودند با همکاری زیست شناسی به نام «دانکن ایرچیک» که به مدت ۲۰ سال توانایی بالا رفتن از سطوح مارمولک ها را مشاهده کرده و مورد مطالعه قرار داده بود، رویکردی جامع تر نسبت به این پدیده داشته و دریافته اند پوست بدن، استخوان‌ها و تاندون‌های بدن مارمولک برای ایجاد چنین چسبندگی تأثیرگذاری به صورت هماهنگ با یکدیگر در فعالیت هستند.پوست مارمولک لایه ای مستحکم و در هم تنیده است که لایه ای نرم و چسبنده را در خود دارد که این لایه به شکل تاندون‌های ترکیبی در پای مارمولک ها قرار گرفته اند. طراحی که دانشمندان از پوست مارمولک داشته‌اند، قدرت یکپارچه حقیقی تکامل بدن این جانداران را برای الهام گرفتن از آن در طراحی های ترکیبی و کاربردی به نمایش می گذارد.

این گروه از پژوهشگران قصد دارند با توجه به تنوعی که در تکامل پای گونه های مختلف مارمولک ها دیده می شود، در پوست مارمولکی ابداعی خود بهبودهای بیشتری ایجاد کنند.با این همه، این ابداع در همین مرحله نیز نتایج خیره کننده ای را به دنبال داشته است و دانشمندان توانسته اند توانایی قطعه‌ای ۱۰۳ سانتی متر مربعی را برای نگه داشتن یک تلویزیون مسطح ۴۲ اینچی روی دیوار به نمایش بگذارند، این قطعه کوچک از ظرفیت نگه داشتن جسمی به وزن ۳۱۸ کیلوگرم نیز برخوردار است.

نکته جالب توجه تر این است که توانایی تحمل وزن این ماده روی سطح شیشه ای نیز باقی می ماند در حالی که می توان بدون زحمت چندانی آن را از روی سطوح مختلف جدا کرد و برای چندین بار مورد استفاده قرار داد؛ در حالی که از قدرت تأثیرگذاری آن کاسته نخواهد شد. با این همه این ابداع در شرایط کنونی نمی‌تواند برای مدت زمانی نامحدود توانایی خود را حفظ کند.

ویژگی ضد حریق

پژوهشگران دانشکده «سن دیه گو» کالیفرنیا، باکتری های دریایی را در چند اکوسیستم دریایی مختلف از دریا مانند صخره های مرجانی، رسوبات و علوفه های دریایی (seagrasses) کشف کرده اند که قادر به تولید مواد شیمیایی به نام «اتر دی فنیل» (polybrominated) هستند. باکتری های دریایی ماده شیمیایی اتر دی فنیل تولید می کنند که یک ماده ضد حریق است و مانع از پیشرفت حریق می شود و حاوی مواد ضد اشتعال سمی مانند ترکیبات کلر و برم است.

این مواد از لحاظ شیمیایی به گروه دیگری از مواد سمی به نام PCBها مرتبط هستند.کشف باکتری‌های دریایی که از نظر بیولوژیکی دارای خواص بازدارنده آتش هستند و در محیط دریایی زندگی می‌کنند، شگفتی دانشمندان را برانگیخته است. زیرا این نخستین باری است که چنین باکتری های شناسایی شده اند.

این باکتری دریایی به دلیل دارا بودن ترکیبات سمی مانند کلر و برم می تواند برای انسان ها و دریا مضر باشد. اما باید در مطالعه دیگری به بررسی تأثیر رشد و نمو این باکتری دریایی بر دریاها و همینطور تأثیر آنها بر سلامت انسان پرداخت.

تدوین و آماده سازی برای انتشار در وب سایت : شهره السادات عربشاهی



 



نظرات:

برای ارسال نظر جدید ابتدا باید وارد سایت شوید