Mesec: avgust 2021

Prefinjene numerične simulacije razkrivajo, da čudovita struktura gobe, znana kot Venerina cvetlična košara, zmanjšuje hidrodinamični upor in verjetno pomaga pri zajemanju delcev hrane ter sperme za spolno razmnoževanje. Goba Euplectella aspergillum, znana tudi kot Venera cvetlična košara, slovi po svojem zapletenem steklenem ogrodju. Ta struktura zagotavlja izjemno mehansko podporo in je navdihnila izgradnjo lahkih mostov in nebotičnikov. Voda se skozi pore neprestano vleče v in iz centralne telesne votline gobe, da filtrira delce hrane in izmenjuje pline. Čeprav so mehanske lastnosti okostja gob dobro dokumentirane, je o podrobnih pretokih tekočine okoli in skozi telo malo znanega. Okostje je sestavljeno iz pravilne kvadratne rešetke, ki je diagonalno ojačana in tvori ogrodje za votlo cilindrično telo gobice. Da bi dekonstruirali učinek vsake skeletne komponente na pretok tekočine, so Falcucci in sodelavci za primerjavo ustvarili več idealiziranih modelov gobice. Ti modeli so vključevali navaden trden valj, trden valj s spiralnimi grebeni, votlo valjasto rešetko in votlo cilindrično rešetko s spiralnimi grebeni.

Določanje pretoka tekočine za te različne modele je zahtevalo izredno natančne simulacije dinamike tekočine. Ti lahko hkrati razrešijo raven podrobnosti od mikroskopskih tokov okoli okostja pa vse do množičnih tokov okoli celotnega organizma. Da bi bili ti poskusi izvedljivi, so Falcucci in ostali, numerično rešil enačbe, ki urejajo takšne tokove, z metodo, ki je še posebej primerna za vzporedno računalništvo na elektronskih vezjih, imenovano grafične procesne enote. Poleg tega so avtorji simulacije izvajali na Marconi100, enem najmočnejših superračunalnikov na svetu.

To delo predstavlja izjemen primer, kako je mogoče najsodobnejše numerične simulacije uporabiti za raziskovanje problemov na področjih, kot so biomehanika, temeljna dinamika tekočin in bioinspirirano oblikovanje. Rezultati Falcuccija in sodelavcev kažejo, da imajo številne kompleksne strukture, opažene pri morskih nevretenčarjih in drugih organizmih, neintuitivne posledice za dinamiko tekočin. Pristop avtorjev bi lahko uporabili pri številnih ugankah v naravi, povezanih ne le s filtriranjem hrane, izmenjavo plinov in zmanjšanjem zračnega upora, temveč tudi z zajemanjem cvetnega prahu in izgubo toplote. Takšne simulacije pretoka na več ravneh bi lahko na primer uporabili za razumevanje hidrodinamike izmenjave plinov skozi koralne grebene ali aerodinamike zajemanja cvetnega prahu.

Poleg tega ta študija Venerine cvetlične košare razkriva, kako lahko kompleksne geometrije manipulirajo s pretokom tekočine za več funkcij, vključno z zmanjšanjem upora, mehansko podporo in filtriranjem delcev. Lekcije, pridobljene iz tega organizma, bi lahko navdihnile izboljšane večnamenske inženirske strukture, kot so naprave za vzorčenje in filtriranje.

Prispevek Nature.com

Obiščite nas na družabnih omrežjih (Facebook, Instagram)

Bionika posnema naravo in išče tehnične rešitve v naravnih sistemih. Izziv je, kako tehnične stvari rešiti z najbolj naravnimi materiali

Bionika je v svetu in. Veda je človeku zelo prijazna, da je to poklic prihodnosti in poklic s prihodnostjo, pa je prepričan Janez Šlcrlec, inženir mehatronike, ki je pred več kot desetletjem registriral raziskovalno-razvojno dejavnost na področju naravoslovja in tehnike. Osredotoča se predvsem
na bioniko človeka (tako imenovano human bionics), dobro pa pozna tudi področja energetike, gradbeništva, industrije, avtomobilizma, v katerih je bionika prav tako zelo prisotna. “Bionika posnema naravo in išče tehnične rešitve v naravnih sistemih.
Izziv je, kako tehnične stvari rešiti z najbolj naravnimi materiali. Takšnimi, ki ne bodo energetsko potratni, jih bo mogoče reciklirati ali vrniti nazaj v naravo,” razlaga. Pred leti, ko je vodil Odbor za znanost in tehnologijo pri OZS, je dobil zamisel za izgradnjo bioničnega človeka. Sestavil je bionično
lutko, ki ima vse vsadke, ki jih danes po svetu vgrajujejo v človeško telo. To lutko je za izobraževalne namene podaril Višji strokovni šoli na Ptuju, da študentom v izobraževalnem procesu približa zahteven tehnološki svet, medtem pa že pripravlja drugi model lutke, ki jo bodo natisnili. Zanjo pa že ima tudi ogromno vsadkov, pravi. “Ti vsadki bodo nameščeni tako, da jih bo mogoče vzeti iz natisnjenega modela.” Škrlec pojasnjuje, da gre razvoj v smeri ekstremne miniaturizacije – svet bionike je tesno povezan z mikro- in nanotehnologijo -, preplastitve z bionično kožo, da bodo proteze videti
čim bolj naravne. V nastavkih za proteze se je denimo doslej ustvarjal neprijeten vonj, vlaga, posledica so bila vnetja. Danes so iznašli bionične
materiale, s katerimi del proteze preplastijo in odpravijo težave. Strokovnjaki po svetu razvijajo modularne večfunkcijske sisteme vsadkov, amonapajalne sisteme s piezo nanogeneratorji, ki se namestijo na trebušno prepono ali srčno mišico, in tako proizvajajo energijo.
“To so področja z izjemnim potencialom, zato se tudi industrija zanima zanje,” dodaja. In to je dober znak. Bionika se namreč ukvarja tudi s
tem, da koristimo čim bolj okolju prijazne materiale, ki jih je mogoče reciklirati, razgraditi, skratka večkrat uporabiti. “V človeški bioniki uporabljamo biokompatibilne materiale, ki jih telo sprejme in niso toksični. V prihodnosti bo nanotehnologija v povezavi z bioniko in pametnimi materiali naredila največji skok naprej,” je prepričan Škrlec.
“Ljudje si želijo boljših protez, čim bolj naravnih oblik, opremljenih denimo s taktilnimi senzorji ter da imajo z njihovo pomočjo možnost orientacije v prostoru in interakcije z okolico.”

Več o članku si lahko preberete na tej povezavi.

Obiščite nas na družabnih omrežjih (Facebook, Instagram)