Inżynierowie z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego badali strukturę i sposób funkcjonowania ogona konika morskiego, który może być ściśnięty do około połowy swojej normalnej długości bez trwałych uszkodzeń. Ogon jest wyjątkowo elastyczny ze względu na swoją strukturę, składa się z pancernych płytek kostnych, które ślizgają się względem siebie.

Naukowcy mają nadzieję na stworzenie ramienia robota wyposażonego w mięśnie, wykonane z polimeru o podobnych właściwościach jakie zaobserwowali u konika morskiego. Takie ramie mogłoby być używane w urządzeniach medycznych, a także w badaniach podwodnych czy przy bezzałogowym wykrywaniu bomb i ich detonacji.

"Badania  naturalnych materiałów mogą prowadzić do tworzenia nowych i unikalnych materiałów, a konstrukcje inspirowane naturą, są silniejsze, twardsze, lżejsze i bardziej elastyczne niż tradycyjne" - powiedział McKittrick, profesor inżynierii materiałowej w Jacobs School of Engineering na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego

Fig. 1. Struktura szkieletu konika morskiego. Elastyczny ogon zbudowanypancernych płytek kostnych, które ślizgają się względem siebie. Obrazowanie z wykorzystaniem tomografii komputerowej.

GrupaMcKittrick i Meyersa w badaniach wykorzystała unikalne techniki w celu wyizolowania i zbadania właściwości poszczególnych związków budujących płytki kostne w ogonie konika. Okazało się, że odsetek minerałów w płytkach był stosunkowo niski - 40%, w porównaniu do 65% w kościach bydlęcych. Płytki zawierały także 27% związków organicznych, głównie białek i 33% wody. Twardość poszczególnych elementów płytek była zróżnicowana. Najtwardsze były grzbiety płytek, które mają za zadanie ochronę przed uderzeniami. Były one ok 40% twardsze niż rowki płytek, które są porowate i za zadanie mają absorbować energię uderzenia.

Fig. 2. Rysunek pokazuje w jaki sposób stawy łączą się z płytkami w ogonie konika morskiego.

Ogon konika morskiego składa się zazwyczaj z 36 kwadratowych segmentów, z których każdy zbudowany jest z czterech rogów w kształcie litery L, stopniowo zmniejszających swoją wielkość wzdłuż ogona. Płytki mogą się swobodnie ślizgać i obracać względem siebie. Ślizganie się płytek względem siebie umożliwiają połączenia stawowe. Ruch obrotowy możliwy jest w trzech płaszczyznach, również dzięki obecności połączeń stawowych. Płytki kostne połączone są z kręgosłup grubą warstwą kolagenowej tkanki łącznej. Stawy pomiędzy płytkami i kręgi są niezwykle elastyczne z prawie sześcioma płaszczyznami ruchu. Ogon konika morskiego może być ściśnięty o prawie 50% nie powodując żadnych uszkodzeń rdzenia kręgowego. Wszystko to jest możliwe dzięki temu, iż obciążenie przenoszone jest na tkankę łączną występującą pomiędzy płytkami kostnymi i kręgosłupem.

"W biologii wszystko sprowadza się do struktury" - twierdzi Porter.

Następnym krokiem jest użycie drukowania 3D do stworzenia sztucznych kostnych płytek, które następnie zostaną wyposażone w polimery, które będą funkcjonowały jak mięśnie. Ostatecznym celem jest zbudowanie ramienia robota. Zarazem elastycznego i silnego chwytaka, który mógłby być zastosowany w urządzeniach medycznych, a także w badaniach podwodnych czy przy bezzałogowym wykrywaniu bomb i ich detonacji. Takie elastyczne i silne ramię będzie zdolne do odróżniania elementów o różnych kształtach i rozmiarach.

Naukowcyz Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego prowadzeni przez profesorów materiałoznawstwa Joanna McKittrick i Marc Meyers, swoje wyniki opublikowali na łamach czasopisma "Acta Biomaterialia".

Anita Kunikowska

Żródło:
http://maeresearch.ucsd.edu/mckittrick/pubs/Seahorse_Final%20version.pdf
http://www.jacobsschool.ucsd.edu/news/news_releases/release.sfe?id=1358