Наука

Ant Engineering: Течност и твърдо вещество?

Ant Engineering: Течност и твърдо вещество?

Изследователи от университета в Джорджия откриха очарователни характеристики на огнените мравки, включително невероятната им плаваемост и склонността да действат като течност и твърдо вещество, което може да види потенциални приложения в съвременното материално инженерство.

Мравките са особени същества, превъзхождащи хората един милион към един. Инженер на мравки сложни домове с дихателни пътища, водни пътища, болници и др. Още по-интригуващи са пожарните мравки, по-специално начинът, по който взаимодействат помежду си, и околната среда. Като една единица, мравките с огън притежават всички родови елегантни неща, които останалите видове могат да направят; те са силни и все още служат под дама. Но като единица огнените мравки демонстрират особени подвизи, като например да станат жив сал, да действат като течност, като същевременно действат и като твърд материал.

Мравките са забележително социални, разчитат един на друг за собственото си оцеляване. Когато са заедно, мравките действат като единична единица, сравнима с течност, или както описва Georgia Tech, като кетчуп. Когато една стотинка беше пусната върху колекцията от мравки, насекомите временно разкачиха хватките си един за друг, за да позволят на стотинката да тече право през колонията, след което се сглобиха отново, след като монетата премина.

Колекцията от мравки има способността да променя формите и да действа по различни начини въз основа на задачите, за да взаимодейства по-добре с околната среда. Водата за една мравка често е смъртоносна, но за огнените мравки тя може да бъде чудесен начин за транспортиране. Когато наводнените води удрят, мравките се сглобяват в "твърда" маса, която има невероятна плаваемост, която ги държи над водата, високи и сухи (освен ако те, разбира се, са тези на дъното). Известно е също, че мравките изграждат мостове и преодоляват пропуски, многократно по-големи от дължината на собствения си размер.

„Това не е различно от кетчупа“,

Казва Алберто Фернандес-Нивес, професор в Училището по физика.

„Колкото по-силно стискате, толкова по-лесно тече. Но при мравките това се случва много по-драматично, отколкото при кетчупа. "

Какво става?

Изследвания, проведени в Технологичния институт в Джорджия, твърдят, че мравките могат да извадят тези великолепни подвизи, защото насекомите действат като течни и твърди едновременно - свръхтечни мравки, ако искате. Мравките бяха поставени вътре в реометър (вижте снимката по-долу - по същество устройство, което тества твърдите и течните свойства на храните), където се въртяха с постоянна скорост от около 0,0001 оборота в минута до около 100 оборота в минута. Изследователите откриват, че когато се въртят с по-висока скорост, поведението на живите мравки е подобно на това на мъртвите мравки: при по-високи сили мравките се пускат и играят мъртви, въпреки че имат силата да се задържат много по-дълго (не Не се притеснявайте, те бяха добре). Установено е, че мравките са направили това, за да предпазят останалите мравки от нараняване или убиване под силите, въпреки че искат да се държат заедно като колония.

Мравки в реометъра, машина, която тества твърдата и течна реакция на материалите [Източник на изображението: Джорджия Тех]

„Изглежда, че мравките имат превключвател за включване / изключване, който те пускат за достатъчно големи приложени сили“,

Казва Дейвид Ху, друг професор от машиностроителното училище на Джордж Уудраф.

"Въпреки че искат да бъдат заедно, те се пускат и се държат като течност, за да предотвратят наранявания или смърт."

Същият механизъм е открит в експеримента с капка стотинка. Мравките течаха около монетата, за да й позволят да потъне до дъното, където не може да причини вреда. Въпреки това, когато мравките (научно) са мушкани, те реагират като пружина и бързо се връщат в първоначалната си форма, демонстрирайки аспекти, които обикновено се приписват на твърди каучукови вещества.

Мравки, действащи като твърд, еластичен материал [Източник на изображението: Джорджия Тех]

„Това е отличителен белег на вискоеластичното поведение“,

Каза Фернандес-Нивес.

„Мравките проявяват пружиниращ отговор, когато се изследват в кратки моменти, но се държат като течност в по-дълги моменти.“

Беше установено, че мравките са еднакво твърди и подобни на течности. Позволявайки им да се адаптират към различни сценарии на околната среда, като им дава предимство с техните двойни специалитети.

Мравките действат като течност и твърдо вещество, докато някои "изтичат" от дъното, докато някои остават "твърди" - Подобно на не-нютонова течност [Източник на изображението: Джорджия Тех]

„Забележително е, че наблюдаваното поведение е подобно на това, което се вижда в материали, които не са живи, като полимерни гелове точно в момента, в който станат гел“

- каза Фернандес-Нивес.

„Това е доста озадачаващо и сега правим още много експерименти, за да се опитаме да разберем откъде произтичат тези прилики и доколко те могат да бъдат изтласкани. Правейки това, надяваме се, ще разшири сегашния ни начин на мислене за материалите, които като мравките са активни и по този начин не са в равновесие. Има много по-интересна работа, която планираме да направим с мравки. “

Озадачаващата характеристика на мравките е сравнима с максимизирането на максимума от желе пакет. В максималната точка би било донякъде солидно, но и донякъде ликвидно. Желото е подобно на свойствата на мравките, действайки като твърдо вещество и течност. Но може би най-объркващото нещо при мравките е начинът, по който те се съобразяват, след като са разделени наполовина.

„Те са като течен метал - точно като онази сцена във филма„ Терминатор “.“

Казва Ху, който твърди, че гъвкавостта на мравките им позволява да се наслаждават на най-доброто от двете страни и да се възползват от много ситуации. Вместо да се разделят и разпръснат, мравките работят заедно и позволяват преминаване на материали и след това се връщат отново, за да създадат "твърда" маса.

[Източник на изображението:Джорджия Тех]

Мравките имат способността да действат като течност, но също така имат способността да плават като твърд сал. Текущи проучвания се опитват да определят дали способностите на мравките могат да бъдат приписани и пресъздадени в други материали, за да се създадат свойства за самосглобяване и самолечение, които могат да видят приложения в много области, включително роботиката и военните сектори. Засега мистериозните изненадващи малки същества остават инженерно чудо със своите гениални техники за оцеляване, които един ден скоро човешките инженери може да успеят да пресъздадат.

ВИЖТЕ СЪЩО: Кооперативните роботи мащабират стени като мравки

Написано от Maverick Baker


Гледай видеото: The brilliance of bioluminescence - Leslie Kenna (Декември 2021).