Farklı köpek balığı türlerinin bağırsakları, sıvının tek yönde akışını destekleyen farklı sarmal modellere sahiptir. Ido Levin ve meslektaşları, spirallerin içindeki benzersiz sıvı akışını incelemek için bu şekilleri bir 3D yazıcı kullanarak yeniden yaratıyorlar. Katkı: Ido Levin’in izniyle
Köpekbalığı bağırsakları, sıvı akışını tek yönde destekleyen benzersiz bir sarmal şekle sahiptir. Fizikçiler, bu olgunun işleyişini öğrenerek, ilkeleri robot teknolojisine ve diğer uygulamalara uygulamayı umuyorlar.
Mucit Nikola Tesla, 1920’de “valvüler kanal” adını verdiği bir boru türünün patentini aldı. herhangi bir hareketli parça veya ilave enerji olmadan sıvıyı tek yönde çekmek için yapılmıştır ve yumuşak robotlardan tıbbi implantlara kadar çeşitli uygulamaları vardır. 2021’de bilim adamları, köpek balıklarının spiral şekilli bağırsaklarının hemen hemen aynı şekilde çalıştığını ve sıvı akışını tek yönde (baştan pelvise) tercih ettiğini keşfettiler.
Ido Levin, Üniversiteden Sarah Keller’ın laboratuvarında fizikçi Washington’dan, bu köpekbalığı spirallerinden geçen sıvının fizik akışıyla ilgilenmeye başladı. 20 Şubat Pazartesi günü Kaliforniya, San Diego’daki 67. Yıllık Biyofizik Topluluğu Toplantısında, köpekbalığı bağırsağının 3D baskı modellerinin bu spirallerin nasıl çalıştığını öğrenmelerine nasıl yardımcı olduğunu sunacak.
Levin, “araştırmacılar 2021 çalışmasının bir kısmı, köpekbalığı bağırsaklarına bir tüp bağladı ve bu borulardan çok viskoz bir sıvı olan gliserinli su koydu. Ve bu bağırsakları sindirim sistemiyle aynı yönde bağlarsanız, ters yönde bağladığınıza göre daha hızlı sıvı akışı elde ettiğinizi gösterdiler. Bunun fizik açısından çok ilginç olduğunu düşündük… Fizikteki teoremlerden biri aslında der ki, eğer bir boru alırsanız ve sıvıyı içinden çok yavaş akarsanız, tersine çevirirseniz aynı akışı elde edersiniz. Bu yüzden teoriyle çelişen deneyler gördüğümüzde çok şaşırdık. Ama sonra bağırsakların çelikten yapılmadığını, yumuşak bir şeyden yapıldığını hatırlarsınız, bu nedenle sıvı borudan akarken boruyu deforme eder.”
Spiral borular aracılığıyla akışkan dinamiğini incelemek için, Levin ve Keller, köpekbalığı bağırsaklarının özelliklerini taklit eden yumuşak, 3 boyutlu yapılar oluşturmak için Washington Üniversitesi’ndeki Nelson Group’taki meslektaşları ile işbirliği yaptı. Levin, “15 veya 20 yıl önce, bu şekilleri insan yapımı malzemelerde denemek ve yeniden oluşturmak imkansızdı” dedi. Şekilleri 3B yazdırmak için sert bir malzeme kullandıklarında, sıvı akışında bir yönde veya diğerinde hiçbir fark yoktu. Bununla birlikte, şekillerin daha yumuşak bir elastomer kullanılarak basılması, bir yönde daha hızlı sıvı akışına yol açtı. Ekip, bu 3D baskılı yapıları kullanarak iç yapının yarıçapının, eğiminin ve kalınlığının sıvı akışını nasıl etkilediğini inceliyor. Daha yumuşak malzemelerle, akış hızı ile borunun nasıl deforme olduğu arasındaki bağlantıyı da inceleyebilirler. Bu parametreleri anlamak, yumuşak robotlar gibi şeyler için kullanılabilecek benzer yapıların tasarlanmasına yardımcı olacaktır.
Yakın zamana kadar, robotlar sert malzemeler ve menteşelerle yapılmıştır. Ancak bir ahtapotun yaptığı gibi farklı şekillerde deforme olabilen yumuşak malzemelerin kullanılması, tüm olasılıklar dünyasının kapılarını aralıyor, diye açıklıyor Levin, “Bu, zarlar ve akış arasındaki etkileşimin temel mekaniğini anlamaya çalışırken ileriye doğru atılmış bir adım.” Bir gün, görünüşte basit olan bu sistem, endüstriyel veya tıbbi cihazları kontrol edebilir.