Кина: Шкољке инспирација за научна истраживања материјала отпорних на замор

Кинески научници открили су механизам који стоји иза изузетне отпорности на замор једне врсте слатководне шкољке, током безбројних понављања отварања и затварања оклопа читавог животног века.

Током десетогодишњег истраживања о слатководној шкољки Цристариа плицата, научници су открили механизам одговоран за отпорност шарке за отварање и затварање шкољке и предложили нови принцип за дизајнирање материјала отпорних на замор са деформабилношћу, наводи се у истраживачком раду недавно објављеном у часопису Наука (Сциенце).

Умор представља изазов за живе организме. Током активности које укључују поновљена оптерец́ења, као што су трчање, скакање и жвакање грешке изазване умором могу довести до повреда или смрти. Вештачке структуре које садрже крхке материјале такође доживљавају сличне неуспехе. Као резултат тога, постоји хитна потреба за истраживањем и развојем деформабилних материјала са високом отпорношц́у на замор.

Тим истраживача са Универзитета за науку и технологију Кине црпио је инспирацију из шкољки чија шарка повезује две стране љуштуре и носи поновљене деформације у покретима отварања и затварања док одржава стабилну функцију без грешака.

"Шарка је заиста невероватна", рекао је Мао Либо, члан истраживачког тима са Универзитета за науку и технологију, напомињуц́и да има минерализовано ткиво у облику лепезе које садржи доста крхких калцијум карбоната који не могу да издрже велике деформације. Међутим, шарка се подвргава значајној деформацији током кретања шкољки", рекао је.

"Покушали смо да схватимо како шкољке балансирају ову контрадикцију између употребе крхких материјала и потребе за деформацијом", додао је Мао.

Међутим, анализа природних биоматеријала представља велики изазов научницима који се баве материјалима због њиховог непознатог састава и сложене структуре, навео је Мао.

Истраживачки тим је дизајнирао уређај за тестирање како би потврдио отпорност шарке на замор. Открили су да шарка није показивала знаке замора чак ни након што је издржала 1,5 милиона деформација и наставила је да подржава отварање и затварање две стране љуштуре шкољке.

Скенирањем шарке, тим је открио да су крхке наножице калцијум карбоната радијално поређане у ткиву шарке у облику лепезе и уграђене у еластичну матрицу.

Отпорна органска матрица смањује концентрацију стреса у ткиву и избегава ломљење наножица, рекао је Менг Сиангсен, члан истраживачког тима са Универзитета за науку и технологију и први аутор рада.

Кроз структурни дизајн на више нивоа тврдо-меки комплекс у ткиву шарке координира деформацију и преводи спољна оптерец́ења из радијалног правца у ободни правац током кретања шкољки, приметио је Менг.

Инспирисан овим механизмом из природе, истраживачки тим је развио композитни материјал од крхких стаклених влакана и полимера и успешно је потврдио његову отпорност на замор при поновљеним деформацијама.

Налази интегришу много различитих техника за разумевање особина отпорних на замор ткива шкољки и подстичу даљи истраживачки рад користец́и био-инспирисане композите за дизајнирање нових материјала са повец́аном отпорношц́у на замор, рекао је рецензент часописа.

(Бета, 29.06.2023)