Oklop morskog konjica daje ideje za dizajn u robotici

morskikonjic-617x416Morski konjic se može pronaći i u Jadranskom moru. Neobičnost ovog morskog stvorenja je ta da je mužjak onaj koji nosi i rađa mlade. Ženka morskog konjica položi oko 200 jaja kod mužjaka u otvor na trbuhu, a on ih čuva dok se mladunci ne izlegu. Kad naiđe neka opasnost mladunci se brzo vraćaju u mužjakov otvor na trbuhu gdje su sigurni. Nakon perioda njihovog razvoja iz mužjakove torbe se rađaju živi mladunci koji napuštaju mjesto rođenja već dobro razvijeni.

Rep morskog konjica može se stisnuti na oko pola svoje veličine prije nego što dođe do trajnih oštećenja, otkrili su inženjeri Sveučilišta u Kaliforniji. Rep je izuzetno fleksibilan zbog svoje strukture, sastavljene od koščatih oklopnih ploča koje klize jedna uz drugu. Istraživači se nadaju kako će koristeći sličnu strukturu stvoriti fleksibilnu robotsku ruku opremljenu mišićima izrađenih od polimera i koja se može koristiti u medicinskim uređajima, podvodnim istraživanjima te otkrivanju bombi i detonaciji bez pomoći ljudskog faktora. Inženjeri Sveučilišta u Kaliforniji, predvođeni profesorima znanosti o materijalima Joannom McKittrick i Marcom Meyersom, objavili su nalaze u časopisu Acta Biomaterialia.

“Proučavanje prirodnih materijala može dovesti do stvaranja novih i jedinstvenih materijala i konstrukcija inspiriranih prirodom koje su jače, tvrđe, lakše i fleksibilnije”, rekla je McKittrick, profesorica na Jacobs School of Engineering, Sveučilišta u Kaliforniji.

McKittrick i Meyers tražili su bioinspiraciju pregledavajući oklop mnogih drugih životinja, uključujući i pasance, aligatore i ljuske raznih riba. Ovaj put, posebno su tražili životinju koja je dovoljno fleksibilna za razvoj dizajna robotske ruke.

“Rep morskom konjicu predstavlja spas jer omogućuje životinji da se usidri na koralje ili alge i tako sakrije od predatora“, rekao je Michael Porter, student doktorskog studija na Jacobs School of Engineering. “Ali nitko nije promatrao rep i kosti morskog konjica kao oklop.”

Većina grabežljivaca morskog konjica, uključujući morske kornjače, rakove i ptice, hvataju životinje tako da ih drobe. Inženjeri su željeli vidjeti ponašaju li se ploče u repu kao oklop. Istraživači su uzeli segmente repova morskih konjica te ih komprimirali iz različitih kutova. Otkrili su da se rep mogao stisnuti za gotovo 50 posto svoje izvorne širine prije nego što je došlo do trajnog oštećenja. To je zato što je vezivno tkivo između koštanih ploča repa i stražnjih mišića nosilo većinu tereta premještanja. Čak i kad je rep bio stisnut za čak 60 posto, kralježnica morskog konjica je zaštićena od trajnog oštećenja.

Istraživačka skupina znanstvenice McKittrick i znanstvenika Meyersa koristi jedinstvenu tehniku koja primjenjuje niz kemikalija na materijale kako bi ih oslobodile proteinskih ili mineralnih komponenti. To im omogućuje bolje proučavanje strukture i svojstava materijala. Nakon tretiranja kemikalijama koščatih ploča u repu morskog konjica, otkrili su da je postotak minerala u pločama bio relativno nizak, 40 posto, u usporedbi sa 65 posto u kravljoj kosti. Pločice su također sadržale 27 posto organskih spojeva, uglavnom proteina, i 33 posto vode. Tvrdoća ploče je varirala. Grebeni su bili najteži, vjerojatno za zaštitu u slučaju udaraca, bili su oko 40 posto teži od poroznih utora.

Rep morskog konjica obično se sastoji od 36 četvrtastih dijelova, a svaki se sastoji od četiri kutne ploče u obliku slova „L“ koji se progresivno smanjivao uzduž repa. Ploče su slobodno klizile i okretale se. Klizni zglobovi su omogućavali košćatim pločama klizanje jedne prema drugoj. Okretni zglobovi su slični kuglastom zglobu, s tri stupnja slobode vrtnje. Ploče su spojene s kralješcima pomoću debelih slojeva kolagenskog vezivnog tkiva. Zglobovi između pločica i kralježaka su iznimno fleksibilni s gotovo šest stupnjeva slobode.

“Sve se u biologiji svodi na strukture”, kazao je Porter.

Sljedeći korak je korištenje 3D ispisa za stvaranje umjetnih koščatih ploča, koje bi onda trebale biti opremljene polimerima za djelovanje poput mišića. Krajnji cilj je izgraditi robotsku ruku koja će biti jedinstveni hibrid između tvrdih i mekih robotskih uređaja. Fleksibilna, ali robusna robotska hvataljka može se koristiti za medicinske uređaje, podvodna istraživanja te za otkrivanje bombi i detonacije bez pomoći ljudskog faktora. Zaštićena, fleksibilna ruka bila bi u stanju dohvatiti razne objekte različitih oblika i veličina.

Izvor: Jacobs School of Engineering, znano.st

Leave a Comment