Burete de mare (euplectella) mina de noi tehnologii

Bureți structura clădire de sticlă care reprezintă miracol inginerie

conținut

• Bureți structura clădire de sticlă care reprezintă miracol inginerie
• Decorare fundul mării
• Fibre de fantastic
• Secretul nu este ușor
• Arhitecți teach burete de mare
• Tehnologii viitoare

Când ai vorbit ultima dată la telefon, sau conectați la Internet, vă sunt susceptibile de a utiliza fibre optice. Am auzit multe despre ei, dar exact ceea ce sunt ei? Această fibră foarte subțire din sticlă (de două ori grosimea unui fir de păr uman). Ele constau dintr-o tijă și o teacă făcută dintr-un alt tip de sticlă. Lumina care călătoresc în interiorul fibrei și transmite semnale, care poate reproduce informații (sunet, imagine, etc.). Razele de lumină nu lasă fibre, deoarece shell-ul le reflectă complet înapoi în interiorul tijei.

Invenția fibrelor optice produse în momentul revoluționat industria telecomunicațiilor. Dar iată ce este interesant: burete de mare Euplectella ridicând un corpusculi de sticlă, care sunt fibre optice excelente.

decorare fundul mării

Bureti sunt nevertebrate primitive. Ele sunt ferm atașate la fundul mării, petrece întreaga viață încă. Nu există nici țesuturi de burete, organe, respirator sau sistemul circulator. Ei susțin existența prin pomparea apei prin corpul lor poros și se îndepărtează particulele mici de nutrienți și substanțe dizolvate. Toate bureți sunt caracterizate prin numeroase pori de pe suprafața exterioară. Apa fiind trasă prin acești pori, curge prin canalele tubulare și iese prin una sau mai multe găuri mari. Bureți pompat zilnic cantități uriașe de apă în exces de până la 20 000 de ori propriul lor volum (!) Există aproximativ 6.000 de specii de aceste creaturi.

Multe complexe forma burete si forma fina - tub frumos, vaze, coșuri, cilindri, etc. Pentru a menține aceste structuri, ele au un schelet intern construit din ace (Spiculii). Este interesant de observat că aceste creaturi simple sunt capabili de a construi corpusculi lor de minerale sau fibre proteice.

Există o clasă de așa-numitele bureți de sticlă, care construiesc un schelet de dioxid de siliciu (vezi. Figura 1). Ei ridica Spiculii, care au aderat în mod miraculos împreună pentru a construi "carceră".

Versiunea cea mai faimoasă din această clasă - un fel Euplectella, încă cunoscut sub numele de Venus coș de flori. coloana vertebrală sa este o rețea de dioxid de siliciu, care formează o cameră cilindrică contort (vezi. Figura 2). Ea trăiește de obicei, un cuplu de creveți. La baza buretelui este un fascicul de fibre. Cercetatorii de la Bell Labs a demonstrat ca corpusculi delicate de bureți sunt fibre optice excelente.

Figura 2. Complicata cilindric schelet burete Venus coș de flori. Rețeaua de corpusculi mari conectate împreună pentru a forma o structură cu zăbrele.

fibre de fantastic

Lungimea lor este de 5-15 cm și diametrul - 40-70 microni (grosimea unui fir de păr uman). Oamenii de stiinta au fost lovit de similitudinea bureti de fibre optice cu fibre, care au fost dezvoltate de oameni de mai mulți ani.

In spicules structura de burete destul de complex - un miez realizat din sticlă de siliciu pur este înconjurat de straturi concentrice de coajă organice și stratificat. Shell de acoperire joacă un rol, precum și în fibre sintetice sau artificiale, ceea ce face Spiculii sunt conductoare excelente de lumină.

bureți de fibre au mai multe avantaje față de artificiale. În primul rând, acestea sunt fabricate la o temperatură scăzută în ocean. Fibrele comerciale sunt produse folosind echipamente scumpe într-un cuptor la temperaturi ridicate.

Bureți cercetator Joanna Aizenberg a spus: „Dacă am putea învăța numai din natură, putem fi în viitor a deschis o modalitate alternativă pentru fabricarea fibrelor optice“.În al doilea rând, fibra de burete este foarte puternic - ei nu crapă și zdrobi ca fiind artificiale, în care o mică fisură începe să se răspândească cu ușurință pe material fragil.

Înlocuirea sau repararea de cabluri este o procedură costisitoare. Limitele dintre straturile subțiri de corpusculi de burete de a opri propagarea fisurilor. În același timp, fibra de burete este foarte flexibil - puteți să le lega într-un nod, iar în acest caz, ei nu vor pierde proprietățile lor optice.

În al treilea rând, au comportat bine lumina, deoarece acestea conțin o cantitate mică de ioni de sodiu, care îmbunătățesc proprietățile optice. Burete posibilitatea de a adăuga acești ioni într-un mod controlat, folosind molecule organice la temperaturi normale. Fibrele sintetice sunt produse la temperaturi ridicate pentru a topi parțial sticla. În acest caz, adăugarea de cantități controlate de ioni de sodiu este o problemă pentru producători.

Secretul nu este ușor

Care este fibrele secrete ale buretelui? Și le produce? Cercetatorii de la Bell Labs a constatat că fiecare burete de fibre este compus din straturi individuale cu proprietăți optice diferite. cilindrii concentrici cu un conținut de siliciu organic înconjoară miezul interior, care este construit din sticlă de siliciu pur (vezi fig. 3). Sponge utilizează mai multe straturi de sticlă, care sunt deținute de un adeziv organic, ceea ce face ca structura sa fie extrem de rezistente la defecte și fracturi. Burete produce fibre microscopice mai puternice straturi de lipire împreună subțiri de sticlă. Se colectează apoi mănunchiuri împreună pentru mai mare putere. Se pare ca o grămadă de nuiele. Aceste fascicule apoi plasate într-un model de rețea. Cu toate acestea, modul în care acesta efectuează un burete, rămâne încă un mister.

Figura 3. Structura spicules Euplectella burete. Spicules SEM fotografie în secțiune transversală prezentând filamentele organice (OF), cilindrul central (CC), și un înveliș laminat (SS).

arhitecți teach burete de mare

Cu toate acestea, acest design nu se termină cu miracole. Sa constatat că buretele marin are proprietăți structurale unice, care conferă rezistență și stabilitate a materialului fragil mecanice.

Burete Euplectella utilizează un set de trucuri pentru a-l transforma într-o structură puternică schelet fragil. Spicules constituind burete schelet, sunt aranjate în formă de grilaj conform deschide modelul de suprapunere, stratul îmbunătățit substanța gelatinoasă structură, (mesogloea) care rulează în diagonală în ambele direcții pătrate alternativ (vezi. Figura 4).

Această tehnică de construcție este adesea folosită în clădiri înalte și case pentru a contracara stresul in timpul unui cutremur de stres sau de forfecare, care poate deraia cu ușurință o structură pătrat dezarmat.

Studii recente au descoperit șapte niveluri diferite ale ierarhiei structurale din burete. Fiecare nivel structural corespunde principiilor fundamentale ale construcției și inginerie, care sunt utilizate pe scară largă în proiectarea de inginerie, dar la o scară de 1000 de ori mai mică decât clădirea.

„Scheletul acestei creaturi - un manual de inginerie mecanică, oferind cunoștințe valoroase, care vor duce la noi concepte în știința materialelor și inginerie de proiectare“ - a declarat Joanna Aizenberg.

tehnologii viitoare

Oamenii de știință speră să copieze procesele biologice pentru producerea de fibre și sisteme avansate de burete, dar, în același timp, să recunoască faptul că „Tehnologiile moderne nu poate încă să concureze cu sistemul optic sofisticat al corpului“.

„Aceste bureți sunt zidiți împreună perfect, cu cantitatea exactă de material necesară pentru a optimiza designul. Nu-mi pot imagina cum structura această complexitate poate fi produs din întâmplare " - Eisenberg spune.