Nie każdego dnia wakacje nurkowe torują drogę dla możliwej innowacji technologicznej, a tym bardziej woskowiny. Ale to właśnie stało się z Alexis Noel.
Doktorantka inżynierii mechanicznej w Georgia Institute of Technology opisała swoją wyprawę nurkową, kolejne zatkane ucho chłopaka i winowajcę - woskowinę - która trzymała wodę uwięzioną za błoną bębenkową jej profesorowi Davidowi Hu. W krótkim czasie obaj zajęli się szczegółowymi dyskusjami na temat lepkiej substancji.
Potem uderzyło: Czego więcej można się nauczyć z woskowiny?
Zaintrygowany Noel wyjaśnia, że woskowy materiał jest ciągle „naprężany i kształtowany” w różne formy z powodu ruchów szczęki, które zmuszają kanał uszny do poruszania się między owalnym i okrągłym kształtem. Zmiany te ostatecznie niszczą woskowinę, powodując w końcu wypadnięcie jej z ucha (choć w niewielkich, mało widocznych kawałkach).
Jeśli chodzi o zdolność woskowiny do filtrowania cząstek pyłu, mówi, że dobrze filtruje pył, zanim wyjdzie on z ucha. Proces ten rozpoczyna się, gdy woskowina pokrywa włosy w uszach i tworzy strukturę podobną do sieci. Wyjaśnia, że ta struktura „bardzo prawdopodobna” znajduje się w uszach wszystkich ssaków i odgrywa rolę w odpylaniu.
„Gdy powietrze krąży do ucha, cząsteczki pyłu są chwytane przez lepki płyn”, mówi Noel. Woskowina w końcu nasyca się kurzem, powodując jego pękanie i wypadanie z ucha.
Ludzie zwykle rezerwują woskowinę na waciki bawełniane. Ale Noel zastanawiał się, czy może być praktyczne zastosowanie poza kanałem słuchowym?
„Przewiduję domową filtrację powietrza”, mówi Noel o jednym możliwym zastosowaniu, odnoszącym się do urządzeń klimatyzacyjnych i przenośnych filtrów powietrza. „Filtr podobny do woskowiny usznej może trwać dłużej niż tradycyjne filtry siatkowe”.
Ona i jej ówczesny badacz Zac Zachow zaczęli badać płynne właściwości woskowiny świń, psów, owiec i królików. Badanie woskowiny zwierzęcej, zamiast ludzkiej, oznaczało uniknięcie dużej ilości papierkowej roboty potrzebnej do tego drugiego, co pozwoliło im na rozpoczęcie pracy o wiele wcześniej. Oczekiwali, że właściwości płynów będą się zmieniać między każdym zwierzęciem, ale to, co odkryli, było zaskakujące.
Alexis Noel i jej zespół zgromadzili i zbadali próbki woskowiny od różnych zwierząt. (A. Noel, Z. Zachow i D. Hu, Georgia Tech) „Zebraliśmy próbki od martwych zwierząt z innego laboratorium we współpracy z Georgia Tech”, mówi Noel. Wyjaśnia, że ich lepkość woskowiny była „dokładnie taka sama, niezależnie od tego, czy pochodzi od małego królika, czy dużej świni. Właściwości płynu były identyczne. ”Bez względu na zanieczyszczenie (kał, brud, kurz itp.) Woskowina nadal płynęła w uchu.
Noel uznał za interesujące, że woskowina dużego zwierzęcia ma takie same właściwości jak mniejsza, ale nie była do końca zaskoczona, biorąc pod uwagę, że płyny takie jak śluz lub krew zwykle pozostają spójne u różnych zwierząt.
Uzbrojony w informacje o właściwościach płynów woskowinowych, Noel planuje ocenić maksymalną zdolność zatrzymywania pyłu woskowiny - zarówno u ludzi, jak i zwierząt. Jest ciekawa „ile pyłu jest potrzebne, aby dostać się do tego kruchego stanu”.
Następnie następuje wyodrębnienie danych. „Będziemy patrzeć na punkt pękania próbek woskowiny o różnych stężeniach pyłu” - wyjaśnia. „Dodamy pył do próbek woskowiny usznej, obserwując, czy doszło do pęknięcia, i wykreślamy punkt pękania w zależności od stężenia pyłu”. Noel dodaje, że może to dostarczyć informacji na temat żywotności przyszłych systemów filtracyjnych.
Ludzki wosk do uszu skutecznie zbiera kurz, ponieważ tworzy sieć wokół włosów w uszach. (A. Noel, Z. Zachow i D. Hu, Georgia Tech) Noel wyjaśnia, że przy trwających badaniach przybieranie potencjalnych zastosowań w tym momencie jest nieco przedwczesne. Nadal wyobraża sobie domowy system filtracji powietrza, który zawiera substancję podobną do woskowiny usznej zoptymalizowaną pod kątem maksymalnej pojemności pyłu i punktów pękania. Mimo to jej koła się kręcą. Jako zapalona fanka kosmosu mówi, że pewnego dnia „spodoba się jej zastosowanie w kosmosie”.
Beth Rattner, dyrektor wykonawczy Missoula, Montana Biomimicry Institute, z przyjemnością dowiedziała się o badaniach Noela.
„Zawsze jesteśmy podekscytowani, gdy słyszymy o zaangażowaniu naukowców w nowe możliwości badawcze oraz o tym, jak mogą inspirować kreatywne, bardziej zrównoważone technologie”, mówi Rattner. „To szczególnie fascynujące, że wiąże się z woskowiną, czymś, z czym wszyscy żyjemy na co dzień, ale rzadko o tym myślimy. Mamy nadzieję, że pewnego dnia poinformujemy naszych czytelników na AskNature.org o zaawansowanych technologicznie filtrach powietrza inspirowanych woskowiną, a także filtrach wodnych inspirowanych białkami wielorybów i białkami akwaporyny. ”
AskNature.org to strona internetowa Instytutu Biomimicznego, która pozwala społeczności znaleźć, wyselekcjonować i stworzyć strategie i rozwiązania w zakresie zrównoważonego projektowania, które inspirowane są naturą.
W Biomimicry 3.8 - siostrzana organizacja Instytutu - Mark Dorfman pracuje jako chemik biomimikry od 10 lat. Badania woskowiny Noela sprawiają, że myśli o meduzach.
Wyjaśnia, że meduza pompuje swoje ciała, wytwarzając wiry, które wytwarzają określony przepływ. Może to oznaczać, że przyszłe systemy filtracji pyłu mogą być prawdopodobnie oparte na zawieszonych rurkach o żądle, które współpracują z substancjami podobnymi do woskowiny, a wszystko to w celu odpowiedniego ukierunkowania, wychwytywania i filtrowania cząstek.
Dorfman jest również zaintrygowany rozpadającymi się woskowinami, które jego zdaniem mogą mieć pewną potencjalną wartość komercyjną.
„Procesy przemysłowe są często ciągłe, a nie okresowe, więc zamykanie operacji na czyste systemy filtracyjne jest czymś, czego menedżerowie operacji starają się unikać”, mówi. „Dlatego pomysł lepkich substancji, które zatrzymują cząsteczki unoszące się w powietrzu, nie był często pożądaną opcją. Jeśli jednak lepka substancja zmieni swoje właściwości po nasyceniu cząstkami stałymi, tak że spadnie z podłoża przypominającego wstęgę, do której została przyczepiona, myślę, że może być przedmiotem ponownego zainteresowania jako realne rozwiązanie. ”
Koła Dorfmana też się kręcą.
„Być może mógłby istnieć system, w którym w postaci warstw nakładano substancję podobną do woskowiny, aby w miarę nasycania się i opadania warstwy powierzchniowej odsłaniała się nowa, nowa warstwa wychwytująca cząsteczki” - mówi. „Nadal jestem zdumiony faktem, że natura zawsze ujawnia zaskakujące nowe strategie inspirujące rozwiązania współczesnych wyzwań przemysłowych”.
W przypadku Noela poszukiwanie rozwiązań w naturze nie kończy się na woskowinie. Badała języki kotów. Noel miał nawet szczęście obserwować język tygrysa, co pojawiło się po śmierci tygrysa z zoo w Atlancie, Kavi, pod koniec ubiegłego roku.
Języki kota są pokryte elastycznymi kolcami, które chwytają sploty w futro i drażnią je. Noel mówi, że w grę wchodzi badanie sił przebicia.
„Przewidujemy, że dzięki tej pracy z kocim językiem powstanie coś w rodzaju unikalnego rozplątywającego i łatwego do czyszczenia pędzla” - mówi Noel. „Mogę łatwo wyobrazić sobie ludzką lub zwierzęcą szczotkę, ale przyjrzymy się również alternatywnym aplikacjom, takim jak technologie czyszczenia dywanów”.
Wszystkie te badania są co najmniej interesujące. Dokąd to zmierza?
Powiedzmy, że na pewno będziemy pilnować przyszłych szczegółów.
