Mořská houba (euplectella) důl nových technologií

Houby skleněná budova konstrukce zastupující inženýrský zázrak

Obsah

• Houby skleněná budova konstrukce zastupující inženýrský zázrak
• Zdobení mořské dno
• Fantastické vlákno
• Tajemství není snadné
• Mořská houba naučené architekti
• Budoucí technologie

Kdy jste naposledy mluvil po telefonu, nebo se připojit k Internetu, budete pravděpodobně používat optická vlákna. Slyšíme hodně o nich, ale co přesně jsou? Tento velmi tenký vlákna ze skla (o dvojnásobek tloušťky lidského vlasu). Skládají se z tyčí a pláštěm z jiného druhu skla. Světlo cestování uvnitř vlákna a vysílá signály, který může reprodukovat informace (zvuk, obraz atd.) Paprsky světla neopustí vlákna, protože plášť zcela odráží zpět dovnitř tyče.

Vynález optických vláken vyrobených v době revoluci v oblasti telekomunikací. Ale tady je to, co je zajímavé: mořská houba Euplectella zvyšování sklenici spicules, které jsou vynikajícími optickými vlákny.

zdobení mořské dno

Houby jsou primitivní bezobratlí. Jsou pevně připevněny k mořskému dnu, strávil celý svůj život v klidu. Neexistuje žádný houba tkání, orgánů, dýchacích cest nebo oběhový systém. Udržují svou existenci tím, čerpání vody přes jejich porézní tělo a odstranit malé částice živin a rozpuštěných látek. Všechny houby jsou charakterizovány četnými póry na vnějším povrchu. Voda aby byly vtahovány skrze tyto póry, protéká trubkovými kanály a vystupuje jednou nebo několika velkými otvory. Houby denně čerpá obrovské množství vody v přebytku až do výše 20 000 násobek své vlastní objem (!) Existuje asi 6000 druhů těchto tvorů.

Mnoho houba formulář složitý a jemně tvar - krásné trubice, vázy, košíky, láhve, atd. Pro udržení těchto struktur, které mají vnitřní kostru postavený z jehel (fragmentů). Je zajímavé, že tyto jednoduché bytosti jsou schopny vytvářet své spicules minerálů nebo proteinových vláken.

Existuje skupina tzv skla houby, které využijí kostru oxidu křemičitého (viz. Obrázek 1). Mají zvýšit spicules, které zázračně spojily, aby vybudovat "skleněný dům",

Nejznámější verze této třídě - druh Euplectella, ještě známý jako Venus květinové koše. Jeho páteří je mřížka oxidu křemičitého, který tvoří válcový spletitý místnosti (viz. Obrázek 2). To obvykle žije pár krevet. U základu houby je svazek vláken. Výzkumníci v Bellových laboratořích prokázaly, že jemné jehliček hub jsou vynikající optická vlákna.

Obrázek 2. Složitý válcová kostra houba Venus Flower Basket. Síť velkých fragmentů spojených dohromady, aby vytvořily strukturu mřížky.

fantastické vlákno

Jejich délka je 5-15 cm a průměru - 40-70 mikronů (tloušťky lidského vlasu). Vědci byli zasaženi podobností optických vláken hub s vlákny, které byly vyvinuty lidmi po mnoho let.

V houba fragmentů poměrně složité konstrukce - jádro z čistého křemenného skla je obklopena soustřednými vrstvami organické a vrstevnatého pláště. Shell povlak hraje roli, stejně jako v umělých vláknech, takže se spikule jsou vynikající vodiče světla.

Vláknité houby mají několik výhod oproti uměle. Za prvé, jsou vyráběny při nízkých teplotách v oceánu. Komerční vlákna se vyrábějí s použitím drahého zařízení v peci při vysokých teplotách.

Houby badatel Joanna Aizenberg řekl: „Kdybychom mohli učit jen z přírodních zdrojů, abychom mohli v budoucnu budou otevřeny alternativní způsob pro výrobu optických vláken“.Za druhé vlákno houba je velmi silná - oni nepraskají a rozdrtit jako umělé, ve kterém malá trhlina začíná snadno šíří z křehkého materiálu.

Výměna nebo oprava kabelů je nákladný postup. Hranice mezi tenkými vrstvami houby fragmentů zastavení šíření trhlin. Ve stejné době, vlákno houba je velmi flexibilní - můžete svázat je do uzlu, a v tomto případě nebudou ztrácet své optické vlastnosti.

Za třetí, se provádí stejně lehké, protože obsahují malé množství sodíkových iontů, které zlepšují optické vlastnosti. Houba možné přidat tyto ionty řízeným způsobem za použití organických molekul při normálních teplotách. Syntetická vlákna se vyrábějí při vysokých teplotách, aby částečné roztavení skla. V tomto případě je přídavek řízené množství sodíkových iontů je problém pro výrobce.

Tajemství není snadné

Jaké je tajemství vlákna houby? A vytváří z nich? Vědci z Bell Labs zjistili, že každý houba vlákno se skládá z jednotlivých vrstev s různými optickými vlastnostmi. Soustředné válce s organickým obsahem křemíku obklopují vnitřní jádro, které je vytvořen z čistého křemenného skla (viz obr. 3). Houba využívá více vrstev skla, které jsou drženy organickým lepidlem, což činí konstrukci velmi odolný proti poruchám a zlomenin. Houba produkuje silnější mikroskopických vláken slepením tenkých vrstev skla. To pak shromažďuje prameny společně pro ještě větší pevnost. Vypadá to jako banda větvičkami. Tyto svazky pak umístí do rastru. Způsob, ve kterém se provádí houbu, stále zůstává záhadou.

Obrázek 3. Struktura fragmentů Euplectella houbou. Spicules SEM fotografie v řezu, zobrazující organických nekonečných vláken (OF), centrální válec (CC), a povlak laminát (SS).

Mořská houba naučené architekti

Nicméně, tento návrh nekončí zázraky. Bylo zjištěno, že mořské houba má jedinečné strukturní vlastnosti, které poskytují mechanickou pevnost a stabilitu jeho křehkého materiálu.

Houba Euplectella používá sadu triků převést do křehkého kostra silnou strukturou. Spicules tvoří houba kostru, jsou uspořádány do mřížky formy podle otevření modelu překrytí, zvýšená vrstva structureless rosolovitá látka (mesogloea), které probíhají šikmo v obou směrech v střídavě čtverců (viz obr. 4).

Tato konstrukce technika je často používán v výškových budov a domů v boji proti stresu během zemětřesení nebo smykového napětí, které lze snadno vykolejit odzbrojila čtvercovou strukturu.

Nedávné studie zjistily, sedm různých úrovní strukturální hierarchie v houbě. Každá konstrukční úroveň odpovídá základních principů konstrukce a techniky, které jsou široce používány v technické provedení, ale na stupnici 1000krát menší než budova.

„Kostra tohoto tvora - učebnice zaměřená na strojírenství, které nabízejí cenné poznatky, které povedou k novým koncepcím v Materials Science and Engineering designu“ - řekla Joanna Aizenberg.

budoucí technologie

Vědci doufají, že kopírování biologické procesy k výrobě houby vyspělých vláken a systémů, ale zároveň uznávají, že „Moderní technologie ještě nemůže soutěžit s propracovaným optickým systémem těla“.

„Tyto houby jsou vystavená spolu dokonale, s přesným množstvím materiálu potřebného k optimalizaci návrhu. Nedovedu si představit, jak se struktura této složitosti lze vyrobit náhodou " - Eisenberg říká.