아프리카 새가 더 나은 물병에 영감을 주는 방법

날아가는 동안 물을 머금는 놀라운 능력을 지닌 새의 깃털을 극단적으로 클로즈업하면 차세대 흡수 소재에 영감을 줄 수 있습니다.

고해상도 현미경과 3D 기술을 사용하여 존스 홉킨스 대학교와 매사추세츠 공과대학의 연구원들은 사막에 서식하는 모래뇌조의 깃털에 대한 전례 없는 모습을 포착하여 깃털의 독특한 구조를 보여주고 어떻게 그렇게 많은 양을 붙잡을 수 있는지 처음으로 밝혀냈습니다. 물.

“자연이 어떻게 물을 흡수하고 담을 수 있을 정도로 완벽하게 효율적인 구조를 만들어냈는지 보는 것은 매우 흥미롭습니다.” 공동 저자이자 존스 홉킨스 대학 토목 및 시스템 공학과 조교수이자 스마트 재료 및 기술 분야를 전문으로 하는 조헨 뮬러(Jochen Mueller)는 말했습니다. 설계. "엔지니어링 관점에서 우리는 이번 발견이 생체에서 영감을 받은 새로운 창작물로 이어질 수 있다고 생각합니다."

작품이 출판되었습니다왕립학회 인터페이스에서.

아프리카 사막에서 발견되는 모래뇌조는 일반적으로 포식자로부터 안전을 유지하기 위해 물웅덩이에서 약 20마일 떨어진 곳에 둥지를 틀고 있습니다. 목마른 병아리에게 물을 주기 위해 성체 수컷은 물을 모아서 집으로 날아가는 자연의 가장 좋은 예 중 하나를 수행합니다. 모래뇌조가 자기 체중의 약 15%를 물 속에 담고 있다는 점을 고려하면 더욱 놀라운 위업입니다. 약 30분 정도 소요되는 약 40mph의 속도로 집으로 비행하는 동안 대부분의 정보를 안전하게 유지합니다.

수컷 모래뇌조는 이와 같이 물을 머금고 있는 것으로 알려진 유일한 새입니다. 수컷 모래뇌조의 특별히 적응된 배 깃털이 핵심입니다.

다른 연구자들은 50여년 전에 처음으로 이러한 특별한 배 깃털을 기록했습니다. 그러나 이제 현대 기술을 통해 팀은 마침내 깃털이 어떻게 작동하는지 보여줄 수 있게 되었습니다.

Mueller와 MIT 엔지니어 Lorna J. Gibson은 주사 전자 현미경, 마이크로 컴퓨터 단층 촬영, 광학 현미경 및 3D 비디오 촬영을 사용하여 배 깃털의 미세 구조에 초점을 맞추었고 각각 사람 ​​머리카락 너비의 몇 분의 1에 불과한 샤프트를 자세히 관찰했습니다. 그리고 훨씬 더 작은 개별 미늘.

연구팀은 깃털을 크게 확대하여 건조된 상태와 젖은 상태 모두를 관찰했습니다. 그런 다음, 중요한 만큼 섬세한 움직임으로 확대하면서 마른 깃털을 물속에 담갔다가 빼낸 다음, 마치 물웅덩이에 있는 모래뇌조처럼 다시 물에 담갔습니다.

“그런 종류의 일을 하면 숨도 못 쉬게 되고, 그렇지 않으면 날려버리게 됩니다.”라고 Mueller는 말했습니다.

Mueller는 구부리는 방식, 젖었을 때 미늘이 보호 텐트 같은 클러스터를 형성하는 방법, 각 미늘 내의 관형 구조가 물을 포착하는 방법을 포함하여 물을 유지하고 유지하는 여러 방법으로 최적화된 구성 요소를 갖춘 개별 깃털 구조를 "웅장하다"고 설명했습니다.

각각의 깃털은 줄기 근처의 작은 가시 숲을 통해 물을 붙잡고 거의 모자처럼 작용하는 끝 근처의 구부러진 작은 가시와 함께 작동합니다.

Mueller는 “이런 수준의 세부 사항을 볼 수 있다는 점이 우리를 흥분시켰습니다.”라고 말했습니다. "이러한 원리를 사용하여 새로운 재료를 만들기 위해 우리가 이해해야 할 사항입니다."

팀은 또한 깃털의 수분 섭취량을 계산적으로 모델링했습니다.

Mueller와 Gibson은 그들의 발견이 제어된 흡수, 안전한 유지 및 액체의 쉬운 방출을 요구하는 미래 엔지니어링 설계를 뒷받침할 것으로 기대합니다.

가능한 응용 분야에는 사막 지역의 안개와 이슬로부터 물을 모으고 유지하기 위한 그물망 설계가 포함됩니다. 성가신 흔들림과 출렁거림을 방지하도록 설계된 물병도 있습니다.

물병이나 스포츠 백팩의 경우, 그는 많은 양의 액체를 안전하게 담으면서 누군가가 물을 가지고 움직이는 동안 물이 흔들리는 것을 방지하는 내부 깃털 같은 시스템을 포함하는 디자인을 생각하고 있습니다. 그는 이를 수행할 수 있는 수분 공급 팩이나 물 주머니가 특히 주자들에게 높이 평가될 것이라고 생각합니다.

그는 또한 "액체를 효율적으로 흡수할 수 있지만 배출하기가 훨씬 쉬운" 사용하기 쉬운 차세대 의료용 면봉을 상상하며 배출 기능이 코로나19 비강 검사를 수집하는 데 문제였다고 덧붙였습니다. 대유행 중 샘플.