जानवरों और पौधों की दुनिया ने वैज्ञानिकों को उम्र के लिए प्रेरित किया है, और वैज्ञानिक लंबे समय से रुचि रखते हैं कि कुछ जीवों को प्रभाव के लिए लचीला क्यों है। एक कठफोड़वा की खोपड़ी और चोंच के बारे में सोचें, जिस तरह से मछली के तराजू को ओवरलैप किया जाता है, या मोटी दरार जो खुले फल को गिरने से बचाए रखती है।
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इस क्षेत्र में एक सुपरस्टार रानी शंख है, जिस तरह से आप सागर को सुनने के लिए अपने कान को पकड़ सकते हैं। रानी शंख लहरों और शिकारियों से पिट जाता है, लेकिन इसके खोल को बनाने वाली सामग्री की संरचना उल्लेखनीय रूप से मजबूत होती है। यह शेल की संरचना के कारण है, जो कि अलग-अलग अभिविन्यासों में रखी गई और अलग-अलग जगहों पर रखी गई कैल्शियम कार्बोनेट परतों की विशेषता है, जो MIT इंजीनियरिंग के प्रोफेसर मार्कस ब्यूहलर बताते हैं, जिनकी प्रयोगशाला ने इस संरचना की एक मानव-निर्मित प्रतिकृति तैयार की है जो कि हो सकती है हेलमेट और अन्य सुरक्षात्मक कवच में उपयोग किया जाता है और जर्नल एडवांस्ड मटेरियल में परिणाम प्रकाशित करता है। दोनों शंख और मानव निर्मित संस्करण में, सामग्री का "अनाज" 90 डिग्री से वैकल्पिक होता है, ताकि किसी विशेष दिशा से प्रभाव के माध्यम से अपना रास्ता न बदलने की संभावना न हो।
"न केवल हम इन प्रणालियों का विश्लेषण कर सकते हैं और उन्हें मॉडल कर सकते हैं और उन्हें अनुकूलित करने का प्रयास कर सकते हैं, लेकिन हम वास्तव में इन ज्यामितीयों के साथ वास्तविक नई सामग्री बना सकते हैं, " ब्यूहलर कहते हैं।
वैज्ञानिकों ने पहले शेल की संरचना का मॉडल तैयार किया है, लेकिन 3 डी प्रिंटिंग में आगे बढ़ने के कारण ब्यूहलर की टीम इसे पुन: पेश करने में सक्षम हुई। महत्वपूर्ण नवाचार एक एक्सट्रूडर (नोजल है कि सामग्री बहती है) कई लेकिन संबंधित पॉलिमर उत्सर्जित करने में सक्षम है, एक जो बहुत कठोर है और एक जो कि अधिक सुखद है, शेल के कैल्शियम कार्बोनेट और प्रोटीन परतों को दोहराने के लिए। क्योंकि पॉलिमर समान हैं, उन्हें गोंद के बिना एक साथ बंधुआ किया जा सकता है, जिससे उन्हें अलग होने की संभावना कम हो जाती है। परीक्षणों में - जो सामग्री की शीट्स पर 5.6-किलोग्राम स्टील वेट को अलग-अलग वेगों पर गिराते हुए आयोजित किए जाते हैं - क्रिस-क्रॉस संरचना ने ऊर्जा में 85 प्रतिशत की वृद्धि को दिखाया जो इसे बिना उसी सामग्री की तुलना में अवशोषित कर सकता है।
यह प्रकृति के आधार पर चीजों को डिजाइन करने के लिए सरल लग सकता है, लेकिन इंडियाना यूनिवर्सिटी-पर्ड्यू यूनिवर्सिटी इंडियानापोलिस मैकेनिकल इंजीनियरिंग के प्रोफेसर एंड्रियास तोवर की ओर इशारा करते हुए सीधे तौर पर किसी वस्तु की नकल करने की तुलना में बहुत अधिक है। तोवर, जो एमआईटी अध्ययन से संबद्ध नहीं थे, वे जैव-प्रेरित सुरक्षात्मक संरचनाओं पर भी काम करते हैं, जैसे कि पानी की बूंद के आधार पर कार का डिज़ाइन और एक रिब पिंजरे के समान संरचना द्वारा संरक्षित।
किसी दिन शंख की आणविक संरचना का उपयोग मजबूत हेलमेट या बॉडी आर्मर बनाने के लिए किया जा सकता है। (विकिमीडिया कॉमन्स) "जैव-प्रेरित डिजाइन करने के दो तरीके हैं, " वे कहते हैं। “प्रकृति में संरचना का अवलोकन और फिर उस संरचना की नकल करने की कोशिश करना। दूसरा दृष्टिकोण उस प्रक्रिया की नकल करने से है जो प्रकृति एक संरचना बनाने के लिए करती है। ”उदाहरण के लिए, तोवर ने सेलुलर प्रक्रियाओं की नकल करने के लिए एक एल्गोरिदम विकसित किया जो मानव हड्डियों का निर्माण करते हैं, दूसरे दृष्टिकोण का एक उदाहरण। इसके विपरीत, ब्यूहलर ने रानी शंख की बड़ी सामग्री, या अंग-स्तरीय संरचना के साथ शुरुआत की और पूछा कि मानव निर्मित सामग्री के साथ उस संरचना को फिर से कैसे बनाया जाए।
Tovar और Buehler दोनों के काम में यह समझ शामिल है कि संरचना के कौन से भाग इसके कार्य के लिए महत्वपूर्ण हैं, और विभिन्न विकासवादी दबावों के कारण क्या हैं। एक जीवित जीव के विपरीत, एक जैव-प्रेरित हेलमेट, उदाहरण के लिए, श्वसन और विकास जैसे जैविक कार्यों को शामिल करने की आवश्यकता नहीं है।
"एक प्रमुख टुकड़ा यह है कि [Buehler की प्रयोगशाला] प्रकृति में पाई जाने वाली पदानुक्रमित जटिलता को दोहराती है, जो कहते हैं। “वे additive विनिर्माण विधियों का उपयोग करके निर्माण करने में सक्षम हैं। वे परीक्षण करते हैं, और वे यांत्रिक प्रदर्शन में इस प्रभावशाली वृद्धि को देखते हैं। "
हालांकि ब्यूहलर को रक्षा विभाग से धन प्राप्त हुआ, जो सैनिकों के लिए हेलमेट और बॉडी आर्मर में दिलचस्पी रखता है, उनका कहना है कि यह बस के रूप में लागू है, और संभवतः साइकिल या फुटबॉल हेलमेट जैसे खेल में अधिक उपयोगी है। "उनका कहना है कि उन्हें अनुकूलित किया जा सकता है, वे वर्तमान डिजाइन आवश्यकताओं से परे जा सकते हैं, जो काफी सरल हैं - आपको कुछ फोम मिला है, आपको एक कठिन शेल मिला है, और यह बहुत ज्यादा है, " वे कहते हैं।
कोई हेलमेट नहीं है, Buehler कहते हैं - उन्होंने सामग्री का निर्माण किया है, और इसे अगले हेलमेट पर लागू करने की योजना है। और सामग्री से परे भी, डिजाइन महत्वपूर्ण है। “यहां तक कि अगर हम यहां इस्तेमाल की जाने वाली कठोर और नरम सामग्री का उपयोग नहीं करते हैं, तो हमने जो 3 डी प्रिंट किया है, यदि आप अन्य सामग्रियों के साथ भी ऐसा ही करते हैं - तो आप स्टील और कंक्रीट, या अन्य प्रकार के पॉलिमर, शायद सिरेमिक का उपयोग कर सकते हैं। - एक ही काम करके, एक ही संरचनाओं का अर्थ है, आप वास्तव में उनके गुणों को बढ़ा सकते हैं, इससे परे कि वे अपने दम पर क्या कर सकते हैं, ”वे कहते हैं।
