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Ingeniería, la Física, Química, Biología, y Configuración Que Conectan Con Biomimetics

Published on December 5, 2008 at 11:42 PM

Como estudiante de tercer ciclo, el químico físico Juana Aizenberg de Harvard detectó una curiosidad apasionada alrededor - de todas las cosas - las esponjas. Ella determinado tuvo gusto de los hechos del cristal, cuya fragilidad evidente desmintió el hecho de que podrían soportar la presión fabulosa en el mar profundo.

Juana Aizenberg y sus compañeros ha sintetizado los manojos hairlike, mostrados aquí el abrazo de un borde. Imagen: Stephanie Mitchell

Las Esponjas están ahora entre los artefactos centrales en una ramificación emergente de la ciencia Aizenberg están ayudando a promover: biomimetics. Ése es el estudio de mana cualquier naturaleza - y cómo eso puede inspirar mejores herramientas, materiales, y procesos.

Aizenberg está determinado interesado en cómo los organismos vivos forman las estructuras inorgánicas robustas y elegantes. Las fibras de vidrio que enmarcan esas esponjas de alta mar, por ejemplo, son más fuertes y más ópticamente eficiente que cualquier cosa humanidad puede todavía hacer.

Ella contorneó la naturaleza de su trabajo en conferencia el 19 de noviembre abundante ilustrado en el Gimnasio de Radcliffe, “Ingeniería, la Física, Química, Biología, y Configuración Que Conectaban Con Biomimetics.”

Aizenberg - un matemático y un químico entrenados que ganaron un doctorado en la biología de materiales - tiene las tajadas para conectar todas esas disciplinas. Ella es el Profesor de Gordon McKay de la Ciencia Material en la Escuela de Harvard de la Ingeniería y las Ciencias Aplicadas (MARES) y la Susan S. y Kenneth L. Wallach Profesor en el Instituto de Radcliffe para el Estudio Avanzado, donde ella está una persona este año.

Para ilustrar la clase de trabajo hecha en su laboratorio de los MARES, Aizenberg se centró en la Cesta de la Flor de Venus, una esponja ondulante lechoso-que observaba dada forma como un tubo que graduaba. Sin Embargo campo común en los acuarios del aficionado, es nativo al océano profundo, prosperando en frío, machacando presiones mil pies debajo de la superficie.

Para los científicos de los materiales tenga gusto de Aizenberg, Cesta de la Flor de Venus es un conjunto intrigante. En 500 millones de años, es muy inferior en el árbol evolutivo. Pero su superestructura acodada del cristal ilustra cómo la naturaleza fuerte hace cosas, y con qué facilidad evidente.

Las primeras fibras de vidrio comercialmente prácticas no fueron inventadas hasta los años 30, dijeron a Aizenberg, con todo las “esponjas sabían hacerla una mitad-mil millones hace años.”

Y sabían hacerla mejor, ella señalaron. Las fibras de vidrio de la Cesta de la Flor de Venus son cientos veces más fuertes que la versión artificial. Complejo acodadas, y reforzadas con un pegamento aún-misterioso, estas fibras de vidrio paran las rajaduras rápidamente.

La esponja también forma las fibras de vidrio en las temperaturas ambiente y sin ningunos pasos de progresión especiales. Las fibras de vidrio Artificiales requieren las temperaturas altas - 2.000 grados de F - así como los tratamientos químicos en un costoso e intensivo en energía “limpian” el laboratorio.

Las Bajas temperaturas también aseguran que los centros huecos de las fibras de vidrio de la esponja, aunque solamente 200 nanómetros de par en par, no son deformados por calor intenso.

Artificial y limpie las fibras de vidrio con esponja “luz de la guía,” dijo a Aizenberg, pero naturaleza mejora. A Lo Largo de la longitud de la fibra de vidrio de una esponja, las espinas dorsales multiplican la eficiencia de cerco la luz de organismos biophosphorescent próximos. “Usted puede pensar en ella como Árbol de navidad,” ella dijo. “No apenas la punta cerco la luz.”

La Cesta de la Flor de Venus ilustra la compresión de la naturaleza de la óptica, dijo a Aizenberg, pero también ofrece discernimiento en la configuración.

La esponja resistente se hace de las células cuadradas reforzadas por los contrafuertes diagonales strutlike. De hecho, un principio muy moderno del diseño y genio civil, ella dijo, “está presente en esta estructura [celular].”

Pero estas estructuras robustas están presentes en un nanoscale, mecánicamente estable debido a las fibras de vidrio huecos acodadas un centésimo tan ancho como un cabello humano. Si podrían ser replegadas en esa escala, el hombre resultante hecho los materiales sería todo el más fuerte. Esto es un “sistema rico,” dijo a Aizenberg, y estudiarlo puede incitar el diseño de nuevos materiales.

La Cesta de la Flor del Venus puede incluso ofrecer nuevas maneras de observar la configuración de la humano-escala - lecciones en cómo el mejor de las estructuras responde a la fuerza, por ejemplo. La esponja se asocia al suelo marino, un punto de anclaje donde las corrientes de desviación ejercen las tensiones más altas. Pero la esponja ha desarrollado una estrategia lista, conectándose con el fondo del mar por un sistema de fibras flexibles. Esta estructura de cristal de ocsilación, dijo un Aizenberg de admiración, “puede sobrevivir cualquier presión que usted pueda imaginarse.”

Ella ha utilizado ya modelos del mar para inspirar la invención. Hace unos años, mientras que con los Laboratorios de Bell en Lucent Technologies, ella ayudó a probar que las matrices ópticas cristalinas en las armas de la estrella quebradiza, pariente de las estrellas de mar, mejor pálido del enfoque que cualquier dispositivo artificial.

Imitando la estrategia de la naturaleza - en este caso, transferencia flúida del pigmento - llevada a las patentes y a las solicitudes de patente para una nueva generación de lentes “armoniosos”.

Pero Aizenberg quiere ir más allá de las ofertas de la naturaleza de las lecciones en las ópticas eficientes, la construcción robusta, y materiales resistentes. Ella está explorando el “biomineralization.” Ése es los catalizadores orgánicos de las aplicaciones de la naturaleza de la manera para incitar los materiales inorgánicos “crece” en los lentes, las fibras de vidrio, y otras estructuras útiles.

En el Aizenberg conveniente nombrado Biomineralization y el Laboratorio de Biomimetics en los MARES, los investigadores están observando en el “uno mismo-ensamblaje” de materiales inorgánicos que la naturaleza de la manera pudo hacerlo: eficientemente y en temperaturas ambiente.

Last Update: 17. January 2012 05:42

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