Poate sidefa să facă o armură mai puternică?

Poate sidefa să facă o armură mai puternică?

Când vine vorba de a construi materiale rezistente și rezistente, fără a risipi energie, puțini producători umani pot concura cu Mama Natură.

Una dintre cele mai interesante realizări ale ei este nacru, cunoscută în mod obișnuit sub numele de sidef, un material care este mult mai puternic decât suma părților sale. „[Nacre] este efectiv cretă, dar nu se rupe ca creta. Când mă gândesc la cretă, mă gândesc la un material foarte fragil și delicat ”, spune Robert Hovden, profesor de știința materialelor la Universitatea din Michigan și unul dintre cercetătorii unui studiu care implică nacru. Anul trecut, echipa sa a descoperit noi informații despre structura la nivel nano a nacrei care ar putea deschide noi frontiere în lumea supermaterialelor create de om.

Studiul, publicat în Proceedings of the National Academy of Sciences, se concentrează asupra structurii nacrei la nivel nanoscal – lungimi de o miliardime de metru, chiar mai mici decât lungimea de undă a luminii. Folosind un microscop electronic, cercetătorii au observat că inconsecvențele în structura de cărămidă și mortar a nacrei au dus la „corecții” în straturile viitoare. Când un strat de nacru asimetric a corupt simetria perlei, straturile viitoare și-au „ajustat” grosimile pentru a face perla mai sferică.

Scoici și alte moluște construiesc perle prin acoperirea unui „nucleu de mărgele” sau a unui obiect mic în interiorul sacului de perle, cu straturi minuscule alternante de carbonat de calciu și proteine ​​organice. Aceste straturi alcătuiesc nacru. „Uneori se numește cărămidă și mortar”, explică Neil H. Landman, curator emerit la Muzeul American de Istorie Naturală din New York. „Cărămizile sunt nacru [calcium carbonate] tablete; mortarul sunt foile organice dintre tablete.”

Macrofotografie a unei cochilii de perle.

MirageCGetty Images

Hovden și alți șapte cercetători au analizat „periodicitatea” acestei structuri de cărămidă și mortar sau cât de uniforme erau straturile de nacru. Ei au descoperit că un strat eronat – unul care era prea gros sau prea subțire – a afectat straturi de până la 5,5 microni (5,5 milionimi de metru) distanță, creând repetări pe distanțe de 8,5 microni care, toate împreună, au format o perlă aproape simetrică. Moluștele par să țină cont de neregulile care apar în timpul construcției perlelor. Grosimea straturilor de nacru a variat în medie cu până la 40 de nanometri, dar nu într-un mod întâmplător.

„Dacă tăiați perlele, ați putea reconstrui ceea ce se întâmplă în zona în care se formau perlele, poate cu sute de ani în urmă.”

Straturile au reflectat ceea ce se întâmplă adesea într-un sistem matematic cunoscut sub numele de proces Markov, spune Hovden. Procesele Markov includ un element de aleatorie – în acest caz, grosimea stratului de nacru cel mai exterior – dar unul care poate fi influențat de istoria sistemului. Există și sisteme Markov („fără memorie” – vezi mai jos.) Într-o perlă, grosimea straturilor de nacru depinde oarecum de grosimea straturilor care o preced; straturile groase vor genera uneori straturi subțiri compensatorii în jurul lor, iar corelația este cea mai puternică între straturile aflate în apropiere. Acest model este tipic pentru sistemele care implică un proces Markov.

Procesele Markov sunt larg răspândite în natură. „Este aceeași structură pe care o găsiți în bătăile inimii, în cutremure, în prăbușirea castelelor de nisip, a piețelor economice, iar acum adăugăm la această listă structura perlelor”, spune Hovden. Acest lucru se potrivește cu ceea ce oamenii de știință știau deja despre perle, spune Landman: Schimbările din lumea exterioară, cum ar fi anotimpurile, apar în straturile unei perle. „Perlele sunt ca inelele de copac”, spune el. „Dacă tăiați perlele, ați putea reconstrui ceea ce se întâmplă în zona în care se formau perlele, poate cu sute de ani în urmă.”

Aceste descoperiri intrigă inginerii și cercetătorii care doresc să recreeze materiale naturale dezirabile fără fabricație umană. Mama Natura poate produce perle în „condiții fiziologice”, spune Shenqiang Ren, profesor la Universitatea de Stat din New York din Buffalo. „Mă refer la pH neutru, temperatura camerei și presiunea ambiantă”. Speranța este ca oamenii să obțină aceleași rezultate cu aceleași metode durabile.

Când oamenii construiesc cu cărămizi, ei planifică construcția pentru a evita neregulile. „Un zidar priceput măsoară fiecare strat și orice greșeală care ar putea perturba ordinea periodică este corectată prin linii și șabloane premăsurate”, spune Hovden. Moluștele, totuși, nu par să aibă nevoie de planificare pentru a crea perle aproape perfecte: „Sunt lucruri destul de neinteligente. Inca [pearls] au o simetrie periodică incredibilă.” spune Hovden.

🎲 Când jocurile cu aruncarea zarurilor nu sunt total aleatorii

Jocul de masă Chutes and Ladders implică jucătorii care urcă pe o cale numerotată în funcție de suma unei aruncări de zaruri. Dacă aterizați în partea de jos a unei scări, urci mai mult pe bord, în timp ce aterizarea în vârful unei jgheaburi te alunecă înapoi. Jocul se bazează aparent pe șansă din cauza dependenței sale de zaruri, dar în realitate, Chutes and Ladders este un sistem stocastic numit lanț de Markov absorbant, ceea ce înseamnă că doar o parte a sistemului conține aleatoriu. Lanțurile Markov absorbante sunt „fără memorie”. Lansările anterioare de zaruri în Chutes și Ladders nu afectează rezultatele următoarei mișcări, dar poziția actuală a fiecărui jucător o face. Rularea unui șapte vă poate muta înainte cu șapte spații într-un caz, dar într-un altul, vă poate trimite mai departe înainte dacă aterizați pe o scară sau înapoi dacă aterizați pe o tobogană. Lansarea zarurilor în sine își menține caracterul aleatoriu, dar jocul general funcționează conform sistemului definit de tablă. — Courtney Linder

Oamenii de știință nu înțeleg încă toate nuanțele fabricării perlelor, dar Ren și laboratorul său folosesc nacru ca o sursă de inspirație pentru un material puternic și ușor, care poate fi folosit în echipamente precum armuri și căști. „Înainte de a reproduce acel material[s] artificial în structură artificială[s], [we’ve] am înțeles ce procese le determină proprietățile fizice microscopice”, spune Ren. Alte posibilități includ diatomee, un tip de alge și materiale inspirate din oase.

Dar nu vei găsi în curând armuri inspirate de nacru. Producerea unui obiect de dimensiunea unei perle este destul de diferită de producerea de armuri, spune Ren. „Există încă câteva întrebări fundamentale care trebuie abordate pentru a face acest lucru viabil din punct de vedere comercial”, explică el.

Între timp, există multe de apreciat despre perle și alte materiale naturale așa cum sunt deja. „Serendipity este pur și simplu minunat”, spune Hovden. „Noi am fost [studying biomaterials] de cinci ani acum, și încă nu am un proiect în care să nu deschizi acest material și să fii doar șocat de uimire.”

Acest conținut este creat și întreținut de o terță parte și importat pe această pagină pentru a ajuta utilizatorii să-și furnizeze adresele de e-mail. Este posibil să găsiți mai multe informații despre acest conținut și conținut similar pe piano.io

.

Leave a Comment

Adresa ta de email nu va fi publicată.