เมื่อเทียบกับโลหะและวัสดุที่ทำจากโพลิเมอร์ เซรามิกสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงและสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อนได้ดีกว่า แต่ธรรมชาติที่เปราะของเซรามิกมักจะทำให้แตกหักได้ง่าย พฤติกรรมนี้อาจทำให้เกิดปัญหากับนักประดิษฐ์ที่พยายามสร้างวัสดุเหล่านี้ในรูปแบบที่มีรูพรุนน้ำหนักเบา ซึ่งอธิบายได้ว่าทำไมโดยทั่วไปแล้วโฟมเซรามิกจึงไม่ถูกใช้เป็นส่วนประกอบของโครงสร้าง เมื่อเผชิญกับงานที่ท้าทายในการพัฒนาวัสดุเซรามิกที่มีน้ำหนักเบาและมีความแข็งแรงสูง ผู้ช่วยศาสตราจารย์ หลิง ลี วิศวกรรมเครื่องกล
ได้หันไปหาผู้ทำงานร่วมกันที่คาดไม่ถึงเพื่อเป็นแรงบันดาลใจ
ในการออกแบบ นั่นคือปลาดาวตะปุ่มตะป่ำจากเขตร้อนในอินโดแปซิฟิก จากการตรวจสอบระบบโครงร่างที่ซับซ้อนและมีแร่ธาตุสูงของสัตว์ทะเลที่ผิดปกตินี้ Li และทีมวิจัยของเขาได้ค้นพบการผสมผสานลักษณะที่คาดไม่ถึงซึ่งอาจนำไปสู่การพัฒนาวัสดุคอมโพสิตเซรามิกน้ำหนักเบาประสิทธิภาพสูงระดับใหม่ทั้งหมด นิตยสาร Science ได้นำเสนอการ ค้นพบของพวกเขาในเรื่องราวปกล่าสุด อุตสาหกรรมต่างๆ เช่น อุตสาหกรรมการผลิตรถยนต์และการบินและอวกาศมีความสนใจอย่างมากในการออกแบบทั้งวัสดุที่แข็งแรงและน้ำหนักเบา โดยผสมผสานการประหยัดเชื้อเพลิงที่มีประสิทธิภาพดีขึ้นเข้ากับความแข็งแกร่ง อุตสาหกรรมพบว่าความสมดุลนี้ยากที่จะบรรลุผล เนื่องจากวัสดุที่แข็งแรงกว่ามักมีความหนาแน่นสูง และมีน้ำหนักมากกว่า
ธรรมชาติผ่านวิวัฒนาการมาหลายล้านปี ได้คิดค้นวิธีการอันชาญฉลาดในการแก้ปัญหานี้ นั่นคือการใช้วัสดุที่มีรูพรุน การแนะนำของรูพรุนภายในอาจสร้างทั้งวัสดุที่มีน้ำหนักเบาและมีประสิทธิภาพทางกลไก
ตัวอย่างของวัสดุที่มีรูพรุนมีอยู่มากมายในธรรมชาติ ซึ่งรวมถึงระบบโครงร่างของมนุษย์ ลำต้นของพืช และรังของผึ้ง หากนำวัสดุธรรมชาติเหล่านี้ไปส่องด้วยกล้องจุลทรรศน์ ก็จะพบว่าวัสดุเหล่านั้นเต็มไปด้วยช่องว่างหรือช่องเล็กๆ การเติบโตตามธรรมชาติสร้างโครงสร้างทางชีวภาพที่มีรูพรุนเหล่านี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และการก่อตัวนั้นมักส่งผลให้เกิดรูปทรงเรขาคณิตภายในที่ซับซ้อนอย่างคาดไม่ถึง ใน ห้องปฏิบัติการของวัสดุที่ได้รับแรงบันดาลใจจากชีวภาพและชีวภาพ Li และทีมงานของเขากำลังตรวจสอบโครงสร้างเซรามิกน้ำหนักเบาตามธรรมชาติ โดยมีเป้าหมายในการพัฒนาหลักการออกแบบวัสดุใหม่เพื่อจัดการกับจุดอ่อนเชิงกลของโฟมเซรามิกและวัสดุทางสถาปัตยกรรม
“เป้าหมายโดยรวมของเราคือการเรียนรู้และนำแรงบันดาลใจ
จากธรรมชาติมาพัฒนาวัสดุที่มีรูพรุนแบบใหม่” หลี่กล่าว “ธรรมชาติมีบทเรียนวัสดุที่ดีมากมายสำหรับการออกแบบวัสดุที่มีรูพรุนซึ่งทั้งแข็งแรงและทนทานต่อความเสียหาย” ก่อนหน้านี้ ทีมงานได้ค้นพบว่าโครงสร้างไบโอเซรามิกส์แบบแชมเบอร์ที่เป็นเอกลักษณ์ของ กระดูกปลาหมึก (โครงกระดูกภายในของปลาหมึก) มีความแข็งแรง แข็ง และทนต่อการแตกหัก ในขณะเดียวกันก็ช่วยให้ควบคุมการลอยตัวได้ โครงการนี้และโครงการ อื่นๆ ที่คล้ายคลึงกันได้กระตุ้นให้ทีมงานตรวจสอบการใช้งานเพิ่มเติมสำหรับการออกแบบที่มีรูพรุนของธรรมชาติในระดับไมโครสเกล โครงกระดูกปลาดาว: โครงตาข่ายเซรามิกที่ออกแบบโดยธรรมชาติ ในงานนี้ หลี่และทีมของเขาหันไปดูโครงกระดูกของปลาดาวตะปุ่มตะป่ำ โครงกระดูกแห้งของสปีชีส์นี้กระจายอยู่ทั่วภูมิภาคอินโด-แปซิฟิก มักใช้ตกแต่งบ้าน ปลาดาวเหล่านี้มีลักษณะการฉายภาพทรงกรวยที่โผล่ขึ้นมาจากพื้นผิวด้านหลังและกีดกันผู้ล่า
ขณะเฝ้าสังเกตตัวอย่างโครงกระดูกปลาดาวเหล่านี้ที่ห้องปฏิบัติการแสดงลักษณะและโครงสร้างระดับนาโน(NCFL), ลี่ และ Ph.D. Ting Yang นักศึกษา (ผู้เขียนร่วมคนแรกของบทความและตอนนี้เป็นเพื่อนหลังปริญญาเอกที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์) ได้ตั้งข้อสังเกตที่กระตุ้นความสนใจของพวกเขา: ที่กล้องจุลทรรศน์ โครงกระดูกปลาดาวแสดงสถาปัตยกรรมขัดแตะที่มีการจัดเรียงปกติมากของ แตกแขนงค่อนข้างแตกต่างจากโครงสร้างที่มีรูพรุนของกระดูกหางและหนามเม่นทะเลที่ศึกษาก่อนหน้านี้ ในความเป็นจริง การจัดโครงร่างที่เป็นเอกลักษณ์ของปลาดาวนี้แสดงให้เห็นถึงความสม่ำเสมอของโครงสร้างที่สูงที่สุดเท่าที่เคยมีรายงานมาจากสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังกลุ่มนี้ โครงสร้างคล้ายตาข่ายปกติดังกล่าวแสดงความคล้ายคลึงกันอย่างน่าทึ่งกับโครงสร้างโครงนั่งร้านสเปซเฟรมที่ใช้กันทั่วไปในโครงการก่อสร้างของมนุษย์สมัยใหม่
credit: dkgsys.com cheapcustomhats.net syntagma7.org tolosa750.net storksymposium2018.org choosehomeloan.net justlivingourstory.com controlsystems2012.org coachfactoryonlinefn.net bisyojyosenka.com
