Morská huba (euplectella) baňa nových technológií

Huby sklenená budova konštrukcia zastupujúci inžiniersky zázrak

obsah

• Huby sklenená budova konštrukcia zastupujúci inžiniersky zázrak
• Zdobenie morské dno
• Fantastické vlákno
• Tajomstvo nie je ľahké
• Morská huba naučené architekti
• Budúce technológie

Kedy ste naposledy hovoril po telefóne, alebo sa pripojiť na Internet, budete pravdepodobne používať optické vlákna. Počujeme veľa o nich, ale čo presne sú? Tento veľmi tenký vlákna zo skla (o dvojnásobok hrúbky ľudského vlasu). Skladajú sa z tyčí a plášťom z iného druhu skla. Svetlo cestovania vnútri vlákna a vysiela signály, ktorý môže reprodukovať informácie (zvuk, obraz atď.) Lúče svetla neopustí vlákna, pretože plášť úplne odráža späť dovnútra tyče.

Vynález optických vlákien vyrobených v dobe revolúciu v oblasti telekomunikácií. Ale tu je to, čo je zaujímavé: morská huba Euplectella zvyšovanie pohár spicules, ktoré sú vynikajúcimi optickými vláknami.

zdobenie morské dno

Huby sú primitívne bezstavovce. Sú pevne pripevnené k morskému dnu, strávil celý svoj život v pokoji. Neexistuje žiadny huba tkanív, orgánov, dýchacích ciest alebo obehový systém. Udržujú svoju existenciu tým, čerpanie vody cez ich porézny telo a odstrániť malé častice živín a rozpustených látok. Všetky huby sú charakterizované početnými póry na vonkajšom povrchu. Voda aby boli vťahované skrze tieto póry, preteká rúrkovými kanálmi a vystupuje jednou alebo niekoľkými veľkými otvormi. Huby denne čerpá obrovské množstvo vody v prebytku až do výšky 20 000 násobok svojej vlastnej objem (!) Existuje asi 6000 druhov týchto tvorov.

Mnoho huba formulár zložitý a jemne tvar - krásne trubice, vázy, košíky, fľaše, atď. Pre udržanie týchto štruktúr, ktoré majú vnútornú kostru postavený z ihiel (fragmentov). Je zaujímavé, že tieto jednoduché bytosti sú schopné vytvárať svoje spicules minerálov alebo proteínových vlákien.

Existuje skupina tzv skla huby, ktoré využijú kostru oxidu kremičitého (pozri. Obrázok 1). Majú zvýšiť spicules, ktoré zázračne spojili, aby vybudovať "sklenený dom",

Najznámejšie verzia tejto triede - druh Euplectella, ešte známy ako Venus kvetinové koše. Jeho chrbticou je mriežka oxidu kremičitého, ktorý tvorí valcový spletitý miestnosti (viď. Obrázok 2). To zvyčajne žije pár kreviet. U základu huby je zväzok vlákien. Výskumníci v Bellových laboratóriách preukázali, že jemné ihličiek húb sú vynikajúce optické vlákna.

Obrázok 2. Zložitý valcová kostra huba Venus Flower Basket. Sieť veľkých fragmentov spojených dohromady, aby vytvorili štruktúru mriežky.

fantastické vlákno

Ich dĺžka je 5-15 cm a priemeru - 40-70 mikrónov (hrúbky ľudského vlasu). Vedci boli zasiahnutí podobnosťou optických vlákien húb s vláknami, ktoré boli vyvinuté ľuďmi po mnoho rokov.

V huba fragmentov pomerne zložité konštrukcie - jadro z čistého kremičitého skla je obklopená sústrednými vrstvami organické a vrstevnatého plášťa. Shell povlak hrá úlohu, rovnako ako v umelých vláknach, takže sa spikule sú vynikajúce vodiče svetla.

Vláknité huby majú niekoľko výhod oproti umelo. Po prvé, sú vyrábané pri nízkych teplotách v oceáne. Komerčné vlákna sa vyrábajú s použitím drahého zariadení v peci pri vysokých teplotách.

Huby bádateľ Joanna Aizenberg povedal: "Keby sme mohli učiť len z prírodných zdrojov, aby sme mohli v budúcnosti budú otvorené alternatívny spôsob na výrobu optických vlákien".Po druhé vlákno huba je veľmi silná - oni nepraskajú a rozdrviť ako umelé, v ktorom malá trhlina začína ľahko šíri z krehkého materiálu.

Výmena alebo oprava káblov je nákladný postup. Hranice medzi tenkými vrstvami huby fragmentov zastavenie šírenia trhlín. V rovnakej dobe, vlákno huba je veľmi flexibilný - môžete zviazať ich do uzla, a v tomto prípade nebudú strácať svoje optické vlastnosti.

Po tretie, sa vykonáva rovnako ľahké, pretože obsahujú malé množstvo sodíkových iónov, ktoré zlepšujú optické vlastnosti. Huba možné pridať tieto ióny riadeným spôsobom za použitia organických molekúl pri normálnych teplotách. Syntetické vlákna sa vyrábajú pri vysokých teplotách, aby čiastočné roztavenie skla. V tomto prípade je prídavok riadené množstvo sodíkových iónov je problém pre výrobcov.

Tajomstvo nie je ľahké

Aké je tajomstvo vlákna huby? A vytvára z nich? Vedci z Bell Labs zistili, že každý huba vlákno sa skladá z jednotlivých vrstiev s rôznymi optickými vlastnosťami. Sústredné vojne s organickým obsahom kremíka obklopujú vnútorné jadro, ktoré je vytvorený z čistého kremičitého skla (viď obr. 3). Huba využíva viac vrstiev skla, ktoré sú držané organickým lepidlom, čo robí konštrukciu veľmi odolný proti poruchám a zlomenín. Huba produkuje silnejší mikroskopických vlákien zlepením tenkých vrstiev skla. To potom zhromažďuje pramene spoločne pre ešte väčšiu pevnosť. Vyzerá to ako banda vetvičkami. Tieto zväzky potom umiestni do rastra. Spôsob, v ktorom sa vykonáva špongiu, stále zostáva záhadou.

Obrázok 3. Štruktúra fragmentov Euplectella hubou. Spicules SEM fotografie v reze, zobrazujúci organických nekonečných vlákien (OF), centrálne valec (CC), a povlak laminát (SS).

Morská huba naučené architekti

Avšak, tento návrh nekončí zázraky. Bolo zistené, že morské huba má jedinečné štruktúrne vlastnosti, ktoré poskytujú mechanickú pevnosť a stabilitu jeho krehkého materiálu.

Huba Euplectella používa sadu trikov previesť do krehkého kostra silnou štruktúrou. Spicules tvorí huba kostru, sú usporiadané do mriežky formy podľa otvorení modelu prekrytia, zvýšená vrstva structureless rôsolovitá látka (mesogloea), ktoré prebiehajú šikmo v oboch smeroch v striedavo štvorcov (viď obr. 4).

Táto konštrukcia technika je často používaný v výškových budov a domov v boji proti stresu počas zemetrasenia alebo šmykového napätia, ktoré možno ľahko vykoľajiť odzbrojila štvorcovú štruktúru.

Nedávne štúdie zistili, sedem rôznych úrovní štrukturálne hierarchie v hube. Každá konštrukčná úroveň zodpovedá základných princípov konštrukcie a techniky, ktoré sú široko používané v technické prevedenie, ale na škále 1000krát menšie ako budova.

"Kostra tohto tvora - učebnica zameraná na strojárstvo, ktoré ponúkajú cenné poznatky, ktoré povedú k novým koncepciám v Materials Science and Engineering dizajnu" - povedala Joanna Aizenberg.

budúce technológie

Vedci dúfajú, že kopírovanie biologické procesy na výrobu huby vyspelých vlákien a systémov, ale zároveň uznávajú, že "Moderné technológie ešte nemôže súťažiť s prepracovaným optickým systémom tela".

"Tieto huby sú vystavené spolu dokonale, s presným množstvom materiálu potrebného na optimalizáciu návrhu. Neviem si predstaviť, ako sa štruktúra tejto zložitosti možno vyrobiť náhodou " - Eisenberg hovorí.