Ce au învățat fizicienii de la intestinele de rechin?

În 1920, inventatorul Nikola Tesla a brevetat un tip de țeavă pe care el a numit-o „conductă valvulară”, care a fost construită pentru a atrage fluidul într-o singură direcție, fără piese în mișcare sau energie adăugată, și are aplicații variind de la robotică moale la implanturi medicale. Ce legătură are aceasta cu intestinele de rechin?

În 2021, oamenii de știință au descoperit că intestinele de rechin funcționează aproape în același mod, favorizând fluxul de fluid într-o direcție: de la cap spre pelvis.

Ido Levin, fizician în laboratorul lui Sarah Keller, de la Universitatea din Washington, din SUA, a devenit interesat de fluxul fizic al fluidului prin aceste intestine spiralate ale rechinilor. Studiul ce implică aceste organe apare în Proceedings of the Royal Society B.

Ce putem învăța de la intestinele de rechin?

Levin a explicat că „cercetătorii studiului din 2021 au conectat un tub la intestinele rechinului și au introdus apă cu glicerină, un fluid foarte vâscos. Și au arătat că dacă conectați aceste intestine în aceeași direcție cu a unui tract digestiv, veți obține un flux de fluid mai rapid decât dacă le conectați invers”.

„Ne-am gândit că acest lucru este foarte interesant din perspectiva fizicii… Una dintre teoremele din fizică afirmă că, dacă iei o conductă și introduci fluid foarte lent prin ea, vei avea același debit dacă o întorci invers. Deci am fost foarte surprins să văd experimente care contrazic teoria. Dar apoi îți amintești că intestinele nu sunt făcute din oțel; sunt făcute din ceva moale, așa că în timp ce fluidul curge prin ‘conductă’, acesta o deformează”, spune Levin.

Structuri moi imprimate 3D

Pentru a studia dinamica fluidelor prin conducte spiralate, Levin și Keller au colaborat cu colegi din grupul Nelson de la Universitatea din Washington pentru a crea structuri moi, 3D, care imită anumite aspecte ale intestinelor rechinilor.

„Acum 15 sau 20 de ani, era imposibil să încercăm să reconstruim aceste forme cu materiale artificiale”, a spus Levin.

Atunci când au folosit un material rigid pentru a imprima 3D formele, nu a existat nicio diferență în fluxul fluidului într-o direcție sau în alta. Cu toate acestea, imprimarea formelor folosind un elastomer mai moale a dus la un flux mai rapid de fluid într-o anumită direcție. Folosind aceste structuri imprimate 3D, echipa studiază modul în care raza, înclinarea și grosimea structurii interioare influențează fluxul fluidului, scrie Phys.org.

O cercetarea ce ar putea duce la noi tipuri de roboți

Cu materialele mai moi, ei pot studia, de asemenea, legătura dintre debit și modul în care se deformează conducta. Înțelegerea acestor parametri va ajuta la proiectarea unor structuri similare care pot fi folosite pentru lucruri precum robotica moale.

Până de curând, roboții au fost fabricați din materiale rigide și balamale. Dar folosirea materialelor moi care se pot deforma în diferite moduri, precum o caracatiță, deschide o întreagă lume de posibilități, explică Levin, „acesta este un pas înainte în încercarea de a înțelege mecanica de bază a interacțiunii dintre membrane și flux”. Într-o zi, acest sistem aparent simplu ar putea controla dispozitivele industriale sau medicale.

Vă recomandăm să citiți și:

Mini-intestine umane, parțial funcționale, au fost crescute în șoareci

Cercetătorii lucrează la lentilele de contact cu navigație GPS

Medicamentele controlate de lumină ar putea oferi terapii precise împotriva cancerului

Aerogelul cu uraniu ar putea fi motorul de care avem nevoie pentru colonizarea spațiului