เทคนิคการถ่ายภาพสมัยใหม่ได้ให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับวิธีการที่ตัวอ่อนของแมลงใช้อวัยวะดูดอันทรงพลังเพื่อเคลื่อนที่ไปรอบๆ ทางน้ำบนเทือกเขาแอลป์ที่เคลื่อนที่อย่างรวดเร็ว ผลงานโดยนักวิจัยในสหราชอาณาจักรและเยอรมนี เผยให้เห็นโครงสร้างภายในของอวัยวะในสามมิติและเน้นคุณลักษณะที่สามารถช่วยในการออกแบบเครื่องมือที่ได้รับแรงบันดาลใจจากชีวภาพสำหรับการยึดติดกับพื้นผิวเรียบและหยาบในสภาพเปียกและแห้ง
ตัวอ่อนในน้ำของสัตว์เล็กที่มีปีกเป็นตาข่าย
ทำลายสถิติความแข็งแรงของแมลงทั้งหมด จุกดูดหกตัวที่ด้านล่างของร่างกายที่เพรียวบางของพวกเขายึดติดแน่นจนต้องใช้แรงที่มากกว่า 600 เท่าของน้ำหนักตัวเพื่อขับไล่พวกมัน สิ่งนี้ทำให้ตัวอ่อนกินหญ้าในลำธารและแม่น้ำอัลไพน์ที่สามารถไหลได้เร็วถึงสามเมตรต่อวินาที “พลังของน้ำในแม่น้ำที่ตัวอ่อนอาศัยอยู่นั้นมหาศาลมาก และพวกเขาใช้อวัยวะดูดเพื่อยึดตัวเองด้วยพละกำลังที่เหลือเชื่อ หากปล่อยพวกมันจะถูกพัดพาไปทันที” Victor Kang นักสัตววิทยาจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์และหัวหน้าผู้เขียนรายงานกล่าว “พวกมันไม่ได้ถูกรบกวนด้วยความเร็วน้ำสุดขีด – เราเห็นพวกมันกินอาหารและเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ ทุกทิศทาง”
โหมดถ่ายภาพหลายภาพในขณะที่การยึดเกาะและวิถีชีวิตอันทรงพลังของลูกน้ำมิดจ์ปีกตาข่ายทำให้นักกีฏวิทยาหลงใหลมานานหลายทศวรรษ แต่งานส่วนใหญ่เกี่ยวกับอวัยวะดูดของพวกมันนั้นใช้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง ในงานวิจัยล่าสุดที่ตีพิมพ์ในBMC Zoologyคังและคนอื่นๆ ที่เคมบริดจ์ได้ร่วมมือกับผู้เชี่ยวชาญด้านการถ่ายภาพที่สถาบันเทคโนโลยี Karlsruhe เพื่อศึกษาให้ละเอียดยิ่งขึ้น พวกเขาใช้กล้องจุลทรรศน์สแกนด้วยเลเซอร์คอนโฟคอล เอกซเรย์ไมโครโทโมกราฟี กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด และกล้องจุลทรรศน์สะท้อนการรบกวนเพื่อศึกษาสัณฐานวิทยาของถ้วยดูดและบันทึกการใช้งานจริง
ภาพเผยให้เห็นเส้นขนด้วยกล้อง
จุลทรรศน์หลายหมื่นเส้นที่ปกคลุมแผ่นดูดแต่ละแผ่น ขนเหล่านี้ดูเหมือนจะเพิ่มการสัมผัสและการเสียดสีบนพื้นผิวที่ขรุขระ ช่วยให้ตัวอ่อนเกาะติดในสภาพแวดล้อมที่มีการลากสูงโดยเพิ่มความต้านทานต่อแรงเฉือน ทีมงานยังได้ระบุประเภทเส้นขนเฉพาะประเภทที่สองบนขอบจาน ซึ่งอาจช่วยสร้างรอยผนึกแน่นบนพื้นผิวที่ขรุขระ
ด้านหลังจานดูดเป็นห้องทรงกลมที่มีลูกสูบตรงกลางรูปกรวย เมื่อลูกสูบถูกดึงออกจากพื้นผิว ปริมาตรในห้องดูดนี้จะเพิ่มขึ้น ซึ่งจะช่วยลดแรงดันที่สัมพันธ์กับน้ำภายนอก ทำให้เกิดแรงดูดอันทรงพลัง การถ่ายภาพแสดงให้เห็นว่าเส้นใยของกล้ามเนื้อที่ควบคุมลูกสูบเป็นลักษณะเฉพาะของกล้ามเนื้อที่เคลื่อนไหวช้า ซึ่งบ่งบอกว่าเส้นใยเหล่านี้ได้รับการปรับให้เหมาะกับความแข็งแรงของการยึดเกาะ ไม่ใช่ความเร็ว
วาล์วปลดเร็วแผ่นดูดยังมีคุณสมบัติที่ไม่เคยเห็นที่ไหนมาก่อน: รอยบากรูปตัววีที่ขอบ เมื่อเปิดออก ช่องดูดจะลดแรงดันลงอย่างรวดเร็ว ทำให้ตัวอ่อนสามารถยกและวางตำแหน่งตัวดูดใกล้กับสาหร่ายอีกชั้นหนึ่งภาพวิดีโอของตัวอ่อนที่เคลื่อนที่บนพื้นผิวกระจก ซึ่งถ่ายโดยใช้กล้องจุลทรรศน์สะท้อนการรบกวน แสดงให้เห็นถึงการควบคุมที่ดีของสัตว์เหนือรอยบาก V รอยบากแต่ละอันมีคู่ของกล้ามเนื้อเฉพาะที่สามารถใช้เปิดได้อย่างอิสระที่ความเร็วต่างๆ
การถ่ายภาพยังชี้ให้เห็นว่าปีกบนร่อง V ถูกจัดเรียงในลักษณะที่สร้างวาล์วเมื่อปิด ซึ่งจะป้องกันไม่ให้น้ำไหลเข้าสู่ช่องดูดระหว่างการติดตั้ง ช่วยรักษาความแตกต่างของแรงดัน
ภาพขาวดำแสดงมุมมองด้านข้างและมุมมอง
จากบนลงล่างของอวัยวะดูด ขอบของอวัยวะรูปแผ่นดิสก์ปกคลุมด้วยขนละเอียดและมีช่องว่างรูปตัววีที่โดดเด่นในวงแหวนV สำหรับวาล์ว มุมมองโดยละเอียดของรอย V บนตัวอ่อนตัวอย่างที่สร้างใหม่จากข้อมูลการตรวจเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ขนาดเล็ก A) มุมมองด้านข้างของจานดูดเผยให้เห็นโครงสร้างภายในของมัน รวมถึงรอยบากรูปตัววี มุมมองจากบนลงล่างของวาล์ว V-notch แสดงโครงสร้างเหมือนแผ่นปิด แรงบันดาลใจสำหรับวิศวกร
ถ้วยดูดที่ออกแบบโดยมนุษย์จะทำงานได้ดีบนพื้นผิวที่เรียบและสะอาดเท่านั้น และทีมงานหวังว่าการค้นพบนี้จะช่วยให้พวกเขาสามารถพัฒนาทางเลือกที่ปรับเปลี่ยนได้มากขึ้น Walter Federleจากเคมบริดจ์กล่าวว่า “ด้วยการทำความเข้าใจว่าอวัยวะดูดของตัวอ่อนทำงานอย่างไร ตอนนี้เรามองเห็นการใช้งานที่น่าตื่นเต้นมากมายสำหรับถ้วยดูดทางวิศวกรรม” “อาจมีการใช้งานทางการแพทย์ เช่น อนุญาตให้ศัลยแพทย์เคลื่อนที่ไปรอบๆ เนื้อเยื่อที่บอบบาง หรือการใช้งานในอุตสาหกรรม เช่น เครื่องเก็บผลไม้เล็ก ๆ ซึ่งถ้วยดูดสามารถหยิบผลไม้ได้โดยไม่ต้องบด”
Clingfish เป็นแรงบันดาลใจให้ถ้วยดูดสำหรับหุ่นยนต์ใต้น้ำเจสสิก้า แซ นโดวัล นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุแห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก ซึ่งศึกษาถ้วยดูดของปลากลิงฟิชแต่ไม่ได้มีส่วนร่วมในงานปัจจุบัน เรียกงานวิจัยนี้ว่าเป็น “แบบจำลองที่น่าตื่นเต้น” สำหรับถ้วยดูดที่ได้รับแรงบันดาลใจจากชีวภาพ “ไม่ว่าจะเป็นการเลียนแบบ microtrichia ด้วยกล้องจุลทรรศน์เพื่อเลียนแบบ ‘V-notch’ ก็มีอะไรมากมายให้เรียนรู้จากอวัยวะดูดของตัวอ่อนตัวนี้” เธอบอกกับ Physics World
แม้ว่าสภาพแวดล้อมที่เปียกโดยทั่วไปจะทำให้การยึดเกาะมีความท้าทาย แต่ Sandoval เชื่อว่าแผ่นดูดรุ่นที่ได้รับแรงบันดาลใจจากชีวภาพจะช่วยให้ติดวัตถุบนพื้นผิวที่เปียกและขรุขระได้ง่ายขึ้น แอปพลิเคชันอื่น ๆ ก็สามารถทำได้เช่นกัน “ถ้วยดูดที่ได้รับแรงบันดาลใจจากชีวภาพซึ่งสามารถทนต่อแรงที่มีทิศทางสูงสามารถใช้ได้ในหลาย ๆ ด้านตั้งแต่หุ่นยนต์ไปจนถึงการตรวจจับ” เธอกล่าว “ในสาขาหุ่นยนต์ ถ้วยดูดดังกล่าวสามารถนำไปใช้กับการจัดการหรือการเคลื่อนไหว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในภูมิประเทศที่ไม่มีโครงสร้างหรือขรุขระ”
โครงสร้างที่แท้จริงของแกรฟีนออกไซด์นาโนเฟลกคืออะไร? คำถามนี้มีความสำคัญในการปรับคุณสมบัติของวัสดุคาร์บอนให้เหมาะสมในการใช้งานจริง และตอนนี้นักวิจัยจาก CSIRO ในออสเตรเลียได้พยายามตอบคำถามโดยใช้การเรียนรู้ของเครื่อง วิธีการของพวกเขาใช้ตัวเลือกโครงสร้างที่เป็นไปได้มากกว่า 20,000 รายการเพื่อค้นหาแบบจำลองที่เป็นตัวแทนอย่างแท้จริง และแตกต่างอย่างมากกับเทคนิคการทำนายที่มีอยู่ ซึ่งมักจะใช้โครงสร้างแบบจำลองจำนวนเดียวหรือจำกัด
Credit : zakopanetours.net ianwalk.com immergentrecords.com imperialvalleyusbc.org inmoportalgalicia.net iranwebshop.info ispycameltoes.info italiapandorashop.net jpjpwallet.net l3paperhanging.org
