Raziskave po navdihu iz narave – človeški hrustanec; razvoj nosilnega materiala. Inženirji so razvili nov material, ki posnema človeški hrustanec – sistem za blaženje udarcev in mazanje telesa, lahko pa napoveduje razvoj nove generacije lahkih ležajev. Hrustanec je mehko vlaknato tkivo, ki se nahaja okoli sklepov in zagotavlja zaščito pred tlačno obremenitvijo, ki nastane pri hoji, teku ali dvigovanju. Zagotavlja tudi zaščitno, mazalno plast, ki omogoča, da kosti brez trenja prehajajo ena čez drugo.
Znanstveniki že leta poskušajo ustvariti sintetični material z lastnostmi hrustanca vendar so do danes prinesli mešane rezultate. Raziskovalna skupina verjame, da bi se hrustancu podoben material v tehniki široko uporabljal. Hrustanec je dvofazni porozni material, kar pomeni, da obstaja v trdni in tekoči fazi. V tekočo fazo preklopi z absorpcijo viskozne snovi, ki nastane v sklepih, imenovano sinovialna tekočina. Ta tekočina ne samo da maže sklepe, temveč jo zadrži v porozni matriki hrustanca in zagotavlja hidroelastično blazino proti tlačnim silam. Ker je hrustanec porozen, sinovialna tekočina sčasoma odteče in tako pomaga odvajati energijske sile, ki potujejo po telesu, ščiti sklepe pred obrabo in poškodbami. Na tej točki se hrustanec vrne v prvotno fazo in je pripravljen na ponovitev cikla. Dr. Siavash Soltanahmadi, znanstveni sodelavec na šoli za strojništvo v Leedsu, ki je vodil raziskavo, je dejal: “Znanstveniki in inženirji že leta poskušajo razviti material, ki ima neverjetne lastnosti hrustanca.
Zdaj smo razvili material za inženirske namene, ki posnema nekatere najpomembnejše lastnosti, ki jih najdemo v hrustancu, in to je bilo mogoče le zato, ker smo našli način, kako lahko prenesemo rešitev iz narave v tehniko. V tehniki se uporablja veliko sintetičnih materialov, ki so mehki, vendar ne morejo prenesti velikih obremenitev z minimalno obrabo, na primer v ležajih. V tehniki obstaja potencial za material, ki se obnaša kot hrustanec.
Prejšnji poskusi razvoja sistema sintetičnega hrustanca so bili osredotočeni na uporabo hidrogelov, materialov, ki absorbirajo vodo. Hidrogeli dobro zmanjšujejo trenje, vendar se ob tlačni sili slabo obnesejo. Ena izmed težav je ta, da po stiskanju hidrogel potrebuje čas, da se povrne v normalno obliko.
Težavo so premagali z ustvarjanjem sintetičnega poroznega materiala, izdelanega iz hidrogela, ki je v matrici polidimetilsiloksan ali PDMS – polimer na osnovi silikona. Matrica ohranja obliko hidrogela. V prispevku znanstveniki poročajo, da je bilo nosilno vedenje hidrogela v matrici PDMS 14 do 19-krat večje od hidrogela samega. Ravnotežni modul elastičnosti kompozita je bil 452 kPa pri območju deformacije 10 % -30 %, blizu vrednosti, sporočene za testirani modul hrustanca. Hidrogel je imel tudi mazalno plast. Znanstveniki verjamejo, da bi prihodnja uporaba novega materiala, ki temelji na funkciji hrustanca, ogrozila številne tradicionalne inženirske sisteme, mazane z oljem. Dr. Michael Bryant, izredni profesor na Fakulteti za strojništvo, ki je nadzoroval raziskavo, je dejal; “Zmožnost uporabe vode kot učinkovitega maziva ima veliko aplikacij, od proizvodnje energije do medicinskih pripomočkov. Vendar to pogosto zahteva drugačen pristop v primerjavi s tradicionalnimi inženirskimi sistemi, ki pogosto uporabljajo maziva na osnovi olja in premaze s trdo površino. “Ta projekt nam je pomagal bolje razumeti te zahteve in razviti nova orodja za reševanje te potrebe.”
Obiščite nas na družabnih omrežjih (Facebook, Instagram)
Povzeto po ScienceDaily.com