アフリカの鳥がどのようにしてより良い水筒を生み出すのか

飛行中に水を保持する驚異的な能力を持つ鳥の羽の極端なクローズアップは、次世代の吸収性素材のインスピレーションとなる可能性があります。

ジョンズ・ホプキンス大学とマサチューセッツ工科大学の研究者らは、高解像度の顕微鏡と 3D テクノロジーを使用して、砂漠に生息するサンドライチョウの羽毛の前例のない光景を撮影し、その羽毛の特異な構造を明らかにし、どのようにしてこれほど多くのものを保持できるのかを初めて明らかにしました。水。

「自然がどのようにして水を取り込み、保持するのに完璧に効率的な構造物を作り出すことができたのかを見るのは非常に興味深いことです」と共著者であるジョンズ・ホプキンス大学土木・システム工学部助教授のヨッヘン・ミューラー氏は語った。デザイン。 「工学的な観点から見ると、この発見は生物にインスピレーションを得た新しい作品につながる可能性があると考えています。」

作品が公開されています王立協会インターフェースにて。

アフリカの砂漠で見られるサンドライチョウは通常、外敵から身を守るために水飲み場から約32キロ離れた場所に巣を作ります。 のどが渇いたヒナに水を届けるため、大人の雄は水を集めて飛んで家に帰るという自然界の最良の例の一つを行いますが、スナライチョウが体重の約15パーセントを水に抱えていることを考えると、この偉業はさらに驚異的です。そして、時速約40マイルで約30分かかる帰国の飛行機の間、そのほとんどを安全に保ちます。

このように水をためることが知られている鳥は、オスのスナライチョウだけです。特別に適応した腹部の羽が鍵となります。

他の研究者は、50 年以上前にこの驚くべき腹部の羽毛を初めて記録しました。 しかし、最新の技術を導入して初めて、チームは羽毛がどのように機能するかを最終的に実証できるようになりました。

ミュラー氏とMITエンジニアのローナ・J・ギブソン氏は、走査型電子顕微鏡、マイクロコンピューター断層撮影、光学顕微鏡、3Dビデオ撮影を使用して、腹部の羽の微細構造に焦点を当て、人間の髪の毛の幅のほんの数分の1である体幹を詳しく観察した。そしてさらに小さな個々の小羽枝。

研究チームは羽毛を大幅に拡大し、乾いた状態と濡れた状態の両方を観察しました。 それから、これが極めて重要であると同時に繊細な動きで、まるで水飲み場にいる砂ライチョウのように、乾いた羽毛を拡大しながら水に浸し、引き抜いて、また沈めるという作業が行われた。

「そのような仕事をしていると、息をすることさえできなくなるか、そうでないと仕事が吹き飛んでしまいます」とミューラー氏は語った。

ミューラー氏は、羽毛の個々の構造を「素晴らしい」と表現し、構成要素が水を保持し保持するためのいくつかの方法で最適化されており、その構成要素には、羽根の曲がり方、濡れたときに小羽枝がどのように保護テントのようなクラスターを形成するのか、各小羽枝内の管状構造がどのように水を捕捉するのかなどが含まれます。

個々の羽は、シャフトの近くの小羽枝の森を通して水を保持し、先端近くの丸まった小羽枝と協働して、ほぼキャップのように機能します。

「これほど詳細なレベルを見ることができて、私たちはとても興奮しました」とミューラー氏は語った。 「これらの原理を使用して新しい材料を作成するには、これを理解する必要があります。」

研究チームはまた、羽毛の水分摂取量をコンピューターでモデル化した。

ミュラー氏とギブソン氏は、自分たちの発見が、液体の制御された吸収、確実な保持、容易な放出を必要とする将来の工学設計を支えるものになると期待している。

考えられる用途には、砂漠地帯の霧や露から水を集めて保持するためのネットの設計が含まれます。 不快な揺れや揺れを防ぐように設計されたウォーターボトル。

ウォーターボトルやスポーツバックパックについては、大量の液体を安全に保持しながら、誰かが水を持って移動するときに水が揺れないよう内羽根のようなシステムを備えたデザインを考えています。 彼は、これを実現できる水分補給パックや水袋がランナーに特に喜ばれるだろうと考えています。

彼はまた、より使いやすい次のレベルの医療用綿棒を想像している。「液体を効率的に吸収できるが、液体を放出するのがはるかに簡単です」と彼は言い、放出機能が新型コロナウイルスの鼻検査を収集する際の課題だったと付け加えたパンデミック中のサンプル。