A gdyby tak mieć narzędzia jak zęby jeżowca?
Czy miałeś kiedyś problem z tępym nożem, nienaostrzoną siekierą lub innym narzędziem, które się stępiło? Czy choć raz zdarzyło ci się pomyśleć, że dobrze by było mieć przyrządy, które ostrzą się same? Jeśli tak, to zapewne chętnie poznasz zwierzę, które zainspirowało naukowców do pracy nad udoskonalaniem sprzętów domowych i warsztatowych.
Portret jeżowca
Jeżowiec (łac. Echinoidea) to morskie zwierzę zaliczane do szkarłupni. Ta kolczasta kulka, która osiąga nie więcej niż 12 cm średnicy, zamieszkuje skaliste dna mórz i oceanów na całym świecie, głównie w strefie tropikalnej.
Jego ciało na spodniej części posiada otwór gębowy a na górnej części otwór odbytowy. Przez inne, drobne otwory w ciele wysuwają się rozciągliwe nóżki zakończone przyssawkami. Niektóre z jeżowców posiadają różnego rodzaju dodatkowe elementy, nadające im niezwykłe kształty.
Na wapiennym szkielecie jeżowca znajdują się guzki połączone z panewkami kolców. Gęste kolce mogą się ruszać, chroniąc zwierzę przed intruzami. Ich budowa może być różna – od długich i cienkich do krótkich i szerokich.
Kolce jeżowca są niebezpieczne dla człowieka. Ukłucie gatunków niejadowitych zazwyczaj kończy się bólem i infekcją bakteryjną a jadowite jeżowce przebijając skórę wpuszczają jad, który może doprowadzić nawet do śmierci.
Jeżowce mają też swoje „zalety”. Ich aparat szczękowy zwany latarnią Arystotelesa wzbudził zainteresowanie badaczy.
Niezwykłe zęby jeżowca
Jeżowiec posiada pięć zębów ułożonych w okręgu na kształt rozgwiazdy (ostrymi krawędziami do środka). Używa ich do wykonania kryjówki. Wgryza się w skałę drążąc tunel tak głęboki, że może się w nim schować przed niebezpieczeństwem. Dodatkowo, zębami przyczepia się do podłoża, by nie uniósł go prąd wodny.
Budowa tych zębów jest dość skomplikowana. By ją w pełni poznać, naukowcy użyli mikroskopów rentgenowskich.
Okazało się, że zęby jeżowca składają się z mozaiki kryształków kalcytu, które spaja kalcytowy nanocement o bardzo dużej twardości. Kryształki są trochę inne niż występujące powszechnie w naturze, nie mają bowiem gładkich powierzchni zwanych fasetami. Jednak ich budowa atomowa jest już podobna do innych struktur tego typu.
Mozaika kryształków ma postać podłużnych, nieprzerwanych włókien, pomiędzy którymi w poprzek znajdują się płytki z materiałów organicznych. Płytki te to słabe warstwy zębów, posiadające w ściśle określonych miejscach łamliwe punkty krytyczne.
Gdy jeżowiec podczas drążenia skały zużyje jedną twardą warstwę aż do kruchego punktu, ząb się ułamuje, odsłaniając kolejną ostrą krawędź. Złamanie nie uszkadza reszty struktury.
Cała konstrukcja przypomina rząd znaczków pocztowych przedzielonych perforowanymi końcówkami lub taśmę worków na śmieci częściowo przedziurawionych w miejscach oddzielających poszczególne sztuki.
Jednak tajemnica tkwi w tym, że zęby te stale rosną. Kolejne, zużyte warstwy są więc wymieniane na nowe. Można powiedzieć, że proces nigdy się nie kończy – oczywiście dopóki żyje jeżowiec.
Zdaniem naukowców takie samoostrzące się struktury zdarzają się w przyrodzie niezmiernie rzadko.
Samoostrzące się narzędzia
Jak odkryli naukowcy, zęby jeżowca pozostają cały czas ostre, choć zwierzę szoruje nimi o twarde skały. Niestety, nie można tego powiedzieć o powszechnie używanych narzędziach do skrawania czy rozdrabniania. By udoskonalić ich ostrość, trzeba by było stworzyć strukturę podobną do tej występującej u jeżowców tak, by sprzęty te same się ostrzyły.
Uczeni z Politechniki z Instytutu Mechatroniki Nanotechnologii i Techniki Próżniowej przeprowadzili badania poprawy własności eksploatacyjnej narzędzi i przy użyciu specjalnych technologii stworzyli narzędzia odporne na ścieranie.
Oto wnioski z ich pracy:
- O twardości, odporności na ścieranie i wyszczerbianie się narzędzia decyduje oddziaływanie zewnętrznych naprzemianległych warstw nanokompozytowych powłoki (ułożonych na warstwie gradientowej, w której liniowo zmienia się stężenie aluminium i chromu bądź aluminium i tytanu, i która rekompensuje naprężenia międzywarstwowe) i warstwy środkowej, tzw. podłoża wytworzonego z materiałów ceramiczno-metalowych metodą wtrysku proszkowego.
- Zastosowana technologia wtryskowego proszku połączonego z lepiszami polimerowymi jest opłacalna, wydajna i umożliwia wytworzenie szerokiej gamy produktów.
- Nanokrystaliczne, nanokompozytowe powłoki położone na poszczególnych warstwach, pomiędzy tymi warstwami i pomiędzy warstwami a podłożem głównym zwiększają trwałość materiału.
- Kluczowe znaczenie ma warstwa wierzchnia, skonstruowana tak, by zapewnić wysoką odporność w każdej temperaturze pracy, zmniejszyć tarcie, utlenianie się materiału i jego przegrzanie. Warstwa ta ma korzystny rozkład napięć wewnętrznych, co zwiększa przyczepność powłok środkowych i pozwala na lepsze działanie narzędzia na przedmiot obrabiany.
Wyprodukowane na wzór zębów jeżowca sprzęty jeszcze nie są w powszechnym użyciu. Jest jednak nadzieja, że bliższe zrozumienie budowy tego zwierzęcia oraz zastosowanie odkrytej technologii pozwoli nam w niedługim czasie pożegnać się z tępymi nożami i nieostrymi siekierami.
Ciekawostki
- Jeżowce są wszystkożerne – jedzą zarówno rośliny i bezkręgowce, jak i muł z dna morza.
- Są również rozdzielnopłciowe a w swoim rozwoju przechodzą przez stadium larwy.
- Wyjeżdżając na wakacje w ciepłe kraje (np. do Chorwacji), warto dowiedzieć się, czy występują w tym rejonie jeżowce i zachować odpowiednią ostrożność. Niektórzy polecają noszenie w wodzie specjalnego obuwia.
- W razie ukłucia przez jeżowca należy bezzwłocznie udać się do lekarza.
- Wiele gatunków jeżowców jest jadalnych. Można ich spróbować np. w Sardynii, Katalonii (na Costa Brava) czy w Grecji.
- Jada się je na surowo, przecinając świeżo złowione zwierzę nożycami na pół i wydobywając z niego jeżycową ikrę, czyli pomarańczową, trzęsącą się galaretkę o konsystencji móżdżku. Można również dodać dodać ikrę do spaghetti tworząc sos z pietruszką i oliwą. Smak jeżowca jest wyjątkowy, przypomina połączenie homarów, anchios i krewetek.
- Niestety, przysmaki z jeżowca nie należą do najtańszych.
- W rejonie Morza Śródziemnego ikra jeżowców to powszechnie stosowany afrodyzjak.
Polecamy
