Jednosmerné rúrky spracujú kvapalinu podobne ako žralok trávi potravu
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 1. 10. 2024
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Ak chcete, aby kvapalina prúdila potrubím len jedným smerom, musí byť potrubie vybavené klapkovým ventilom, ktorý by však mohol zlyhať. Vedci však teraz vytvorili nový typ potenciálne odolnejšieho jednosmerného potrubia, ktoré bolo inšpirované žraločími črevami.
Zatiaľ čo ľudské črevá sú v podstate len množstvom dutých rúrok, spodná časť žraločieho črevného traktu obsahuje takzvaný špirálový ventil. Ide o relatívne krátky, rovný úsek čreva so špirálovitou vývrtke podobnou štruktúrou vo vnútri. Keď skvapalnená potrava prechádza touto štruktúrou, jej prechod tráviacim traktom sa spomaľuje, čím sa zabezpečí, že steny čreva ventilu absorbujú maximálne množstvo živín. Žraloky potrebujú takéto usporiadanie, pretože ich črevá sú podstatne kratšie ako naše.
Pred tromi rokmi tím amerických vedcov navrhol, že špirálový ventil zabraňuje aj zapchávaniu v tráviacom trakte žralokov, pretože potrava po tom, ako sa dostane dovnútra, nemôže prúdiť späť do štruktúry. Navyše výskumníci poznamenali, že je to možné aj napriek prítomnosti akéhokoľvek druhu ventilu, ktorý sa musí zacvaknúť.
Inšpirovaný touto štúdiou sa postdoktorand Ido Levin a jeho kolegovia z Washingtonskej univerzity rozhodli zopakovať jednosmernú funkčnosť špirálového ventilu v pevných rúrkach vytlačených na 3D tlačiarni. Všetky rúrky mali v strede úzky otvorený kanál, ktorý bol obklopený špirálovitou štruktúrou, ktorá spôsobovala, že akákoľvek kvapalina prechádzajúca rúrkou vírila dopredu.
Vedci 3D vytlačili niekoľko rôznych prototypov rúrok, pričom experimentovali s geometrickými parametrami, ako je uhol sklonu a počet závitov v špirálach. Nakoniec skončili s rúrkami, ktoré podporovali jednosmerný tok kvapaliny dokonca lepšie ako Teslov ventil. Ten bol jednosmerným zariadením vynájdeným Nikolom Teslom, ktoré nemalo žiadne pohyblivé časti.
Vzhľadom na to, že žraločie špirálové ventily nie sú tuhé, vedci však pristúpili k výrobe ďalších prototypov z najjemnejšieho 3D tlačiteľného polyméru, ktorý je komerčne dostupný. Ukázalo sa, že tieto fungujú oveľa lepšie, pričom Teslov ventil prekonali najmenej sedemkrát. Napriek tomu je tkanivo žraločieho čreva stokrát mäkšie ako polymér, takže výskumníci uvádzajú, že je stále čo zlepšovať.
„Chemici už boli motivovaní vyvinúť polyméry, ktoré sú zároveň mäkké, pevné a tlačiteľné,“ povedal profesor Alshakim Nelson, ktorý je spolu s profesorkou Sarah Kellerovou a postdoktorandom Naroa Sadabom spoluautorom štúdie. „Potenciálne využitie týchto polymérov na riadenie toku v aplikáciách od strojárstva až po medicínu túto motiváciu ešte posilňuje.“
Článok o výskume bol nedávno uverejnený v magazíne Proceedings of the National Academy of Sciences.
