Морска гъба (euplectella) мина на нови технологии

Гъби стъкло строителната конструкция, представляващи инженерство чудо

Съдържание

• Гъби стъкло строителната конструкция, представляващи инженерство чудо
• Обзавеждане на морското дъно
• фантастичен фибри
• Тайната не е лесно
• Морска гъба научи архитекти
• бъдещи технологии

Кога за последен път говорих по телефона, или се свържете с интернет, има вероятност да се използват оптични влакна. Ние чуваме много за тях, но какво точно са те? Това много тънък влакна от стъкло (на два пъти дебелината на човешки косъм). Те се състоят от една пръчка и обвивка, изработена от друг вид стъкло. Светлината пътуване в влакното и предава сигнали, който може да възпроизвежда информация (звук, изображения и т.н.). Лъчите на светлината не оставят влакна, тъй като обвивката напълно ги отразява обратно в пръта.

Изобретението на оптичните влакна, получени по време революция в телекомуникационната индустрия. Но тук е това, което е интересно: морска гъба Euplectella повишаване на стъклени частици,, които са отлични оптични влакна.

Обзавеждане на морското дъно

Гъби са примитивни безгръбначни. Те са здраво прикрепени към морското дъно, прекарва целия си живот все още. Не съществува гъба тъкани, органи, дихателна или кръвоносната система. Те поддържат тяхното съществуване чрез изпомпване на вода през поресто тяло и отстраняване на малките частици на хранителни вещества и разтворени вещества. Всички гъби се характеризират с множество пори по външната повърхност. Водата се изтегля през тези пори, протича през тръбните канали и излиза през един или няколко големи дупки. Гъби ежедневно изпомпват огромни количества вода в излишък в размер до 20 000 пъти собственото си обем (!) Има около 6000 вида от тези същества.

Много гъба форма комплекс и фина форма - красив тръба, вази, кошници, цилиндри и т.н. За да се поддържа тези структури, те имат вътрешен скелет изграден от игли (шипчета). Интересно е да се отбележи, че тези прости същества са способни да изградят свои частици, минерали или протеинови влакна.

Има класа на така наречените стъклени гъби, които изграждат скелет на силициев двуокис (вж. Фигура 1). Те повдигат на шипчета, които по чудо се присъединиха заедно, за да се изгради "стъкларски магазин",

Най-известната версия на този клас - един вид Euplectella, все още известен като Венера цвете кошница. Неговата гръбнак е решетка от силициев диоксид, който образува сложен цилиндрична стая (вж. Фигура 2). Той обикновено живее няколко скариди. В основата на гъбата е сноп от влакна. Изследователи от Bell Labs са показали, че деликатни частици, на гъби са отлични оптични влакна.

Фигура 2. Заплетена цилиндрична скелет гъба Венера Flower Basket. Мрежа на големи частици, свързани заедно, за да образуват решетка структура.

фантастичен фибри

Дължината им е 5-15 cm и диаметър - 40-70 микрона (дебелината на човешки косъм). Учените са поразени от приликата на оптични влакна гъби с влакна, които са били разработени от хора в продължение на много години.

В гъба частици, сравнително сложна структура - сърцевина, направена от чист силициев двуокис стъкло е заобиколен от концентрични слоеве от органичен и слоеста обвивка. Обвивка играе роля, както и синтетични влакна, като на частици, са отлични проводници на светлина.

Fiber гъби имат няколко предимства пред изкуствено. Първо, те са произведени при ниска температура в океана. Търговски влакна са произведени чрез използване на скъпо оборудване в пещ при високи температури.

Гъби изследовател Joanna Aizenberg каза: "Ако можем да научим само от природата, може в бъдеще да бъде отворен по алтернативен начин за производство на оптични влакна".На второ място, фибри гъба е много силна - да не се пука и смаже като изкуствени, в която малка пукнатина започва лесно да се разпространи върху крехки материал.

Замяна или ремонт на кабели е скъпа процедура. Границите между тънки слоеве на гъба частици, спират крак размножаване. В същото време, фибри гъба е много гъвкав - можете да ги завърже на възел, и в този случай те няма да загубят техните оптични свойства.

Трето, те извършва добре светлина, тъй като те съдържат малко количество натриеви йони, които подобряват оптичните свойства. Sponge могат да се добавят тези йони по контролиран начин, използвайки органични молекули при нормални температури. Синтетичните влакна са получени при високи температури за частично топене на стъклото. В този случай, добавянето на контролирани количества на натриеви йони е проблем за производителите.

Тайната не е лесно

Каква е тайната на влакната на гъбата? И това ги произвежда? Изследователи от Bell Labs установено, че всяко влакно гъба се състои от отделни слоеве с различни оптични свойства. Концентричните цилиндри със съдържание на органичен силиций обграждат вътрешната сърцевина, която е изработена от чист силициев двуокис стъкло (Вж. Фигура 3). Гъба използва множество слоеве от стъкло, които се държат от органичен лепило, което прави структурата изключително устойчива на грешки и фрактури. Гъба произвежда силни микроскопични влакна залепване заедно тънки слоеве от стъкло. След това той събира ровинг заедно за още по-голяма сила. Тя изглежда като куп съчки. Тези пакети след това се поставят в растер. Въпреки това, начина, по който тя изпълнява гъба, все още остава загадка.

Фигура 3. Структурата на частици, Euplectella гъба. Частици, SEM снимка на напречен разрез, показващ органични влакна (НА), централният цилиндър (СС), и покритие ламинат (SS).

Морска гъба научи архитекти

Въпреки това, този проект не завършва с чудеса. Установено е, че морската гъба има уникални структурни свойства, които придават механична якост и стабилност на своята крехък материал.

Спондж Euplectella използва набор от трикове, за да го превърне в един крехък скелет силна структура. Частици, съставляващи гъба скелет, са подредени в решетка форма съгласно отворите модела на припокриване, засиленото слой безструктурен желеобразна субстанция (mesogloea), който тече диагонално в двете посоки в променлив квадрати (вж. Фигура 4).

Тази конструкция техника често се използва в високи сгради и къщи, за да се противодейства на стреса по време на земетресение или напрежение на срязване, които лесно могат да доведат до провал на обезоръжен квадратен структура.

Последните проучвания са установили, седем различни нива на структурната йерархия в гъбата. Всеки структурен ниво съответства на основните принципи на конструкцията и инженерство, които са широко използвани в проектиране, но по десетобалната 1000 пъти по-малък от сградата.

"Скелетът на това създание - учебник по машинно инженерство, предлагайки ценно знание, което ще доведе до нови концепции в областта на материалознанието и инженерно проектиране" - каза Джоана Aizenberg.

бъдещи технологии

Учените се надяват да копирате биологичните процеси за производство на гъби напредналите влакна и системи, но в същото време признават, че "Съвременните технологии все още не могат да се конкурират с усъвършенствана оптична система на тялото".

"Тези гъби са изградени перфектно заедно с точното количество материал, за да се оптимизират дизайна. Аз не мога да си представя как структурата на тази сложност може да бъде произведен по случайност " - казва Eisenberg.