Bu Afrika Kuşunun Süper Gücü Daha İyi Bir Su Şişesine İlham Verebilir

Erkek kum tavuğu, susamış çocuklarına bir içki vermek için kilometrelerce uçmadan önce, uzak çöllerdeki su birikintilerinde tüylerinde büyük miktarda su emen uçan süngerlerdir.

© Telif hakkı sahibi GrrlBilim Adamı | tarafından barındırılan Forbes

Afrika’nın ürkütücü çöllerinde yaşayan küçük bir kuş grubu olan kum tavuğu, susuz civcivlerini sulamak için uzun mesafeler uçarken göğüs tüylerinde su emip taşıdıkları için uzun süredir gözlemcileri şaşırtmış ve memnun etmiştir. Bunu nasıl yapıyorlar? Yüksek çözünürlüklü mikroskopların ve en son 3D teknolojilerin kullanılması sayesinde, bir araştırma ekibi Johns Hopkins Üniversitesi Ve Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT), kum tavuğu tüylerinin nasıl bu kadar çok su tutabildiğinin gizemini çözdü (Şekil 1).

Johns Hopkins’in İnşaat ve Sistem Mühendisliği Bölümü’nde yardımcı doçent olan sistem mühendisi Jochen Mueller, “Doğanın suyu almak ve tutmak için mükemmel derecede verimli yapılar yaratmayı nasıl başardığını görmek çok büyüleyici” dedi. ifade. Profesör Mueller’in araştırma uzmanlığı bilim, uygulama ve tasarımın kesiştiği noktadadır ve birincil ilgi alanları, akıllı malzemeler oluşturmak için hesaplamalı tasarımla birlikte 3D baskı ve üretimi kullanmaktır. Halen sekiz patent sahibidir.

Profesör Mueller, “Mühendislik açısından bakıldığında, bulguların biyo-ilham alan yeni kreasyonlara yol açabileceğini düşünüyoruz” dedi.

Tüylü ilham perileriyle tanışın ve Süper Güçleri hakkında bilgi edinin

Kum tavuğu, birçok insanın aşina olmadığı küçük bir kuş ailesidir. Sıradan bir gözlemci için, hem şekil hem de boyut olarak güvercinlere ve kumrulara çok benzerler (uzak akrabalardır), ancak daha yakından bakıldığında, özellikle ayak parmaklarında ve bacaklarında bazı farklılıklar ortaya çıkacaktır.

Esas olarak yerde yaşarlar, tohumlarla ve bulduklarında böceklerle beslenirler. Evlerinin çorak, ağaçsız manzaralarına karışmak için genellikle alacalı veya engellenmiş kumlu gri, devetüyü veya kahverengi tüylerle şifreli bir şekilde renklendirilmişlerdir. Hızlı uçmalarını sağlayan uzun, sivri uçlu kanatları vardır ve ayrıca aldatıcı bir şekilde kısa olan bacakları üzerinde çok hızlı koşarlar. Kum tavuğu genellikle büyük sürüler halinde görülmekle birlikte üreme mevsiminde çiftler oluştururlar. Yırtıcı hayvanlardan kaçınmak için sudan kilometrelerce uzakta bulunan sığ bir kazığa yuva yaparlar. Civcivler erken yaştadır, tüylü tüyleri kuruduktan kısa bir süre sonra yuvadan ayrılırlar ve bir ay boyunca uçamasalar da kendi kendilerine beslenebilirler. Sonuç olarak, su elde etmek bir sorundur.

Erkek kum tavuğu, civcivlerin susuzluğunu gidermek için 32 kilometre (20 mil) kadar bir su birikintisine kadar uçar, vücutlarını suya batırır ve onu karın tüyleriyle yuvaya geri taşır. Toplanan bu su, bir erkek kum tavuğunun toplam vücut ağırlığının %15’ini oluşturabilir. Ancak bu su yükünü saatte 65 kilometreye (40mph) varan hızlarda taşıyabilir. Erkek kuşun susamış civcivlerinin karın tüylerinden su sıkmak için gagalarını kullandıkları yuvaya geri dönüşleri için yarım saatlik uçuş sırasında bu suyun yarısına kadarı buharlaşabilir.

16 kum tavuğu türü vardır ve türün erkekleri, su taşıyabilen, özel olarak uyarlanmış göbek tüylerine sahip tek kuşlardır. Kum tavuğunun bu su taşıyan “süper gücü” ilk kez 1896’da, daha çok EGB Meade-Waldo olarak bilinen Edmund Gustavus Bloomfield Meade-Waldo tarafından, esaret altında kuşları yetiştiren bir İngiliz ornitolog tarafından bildirildi. Davranışlarına ilişkin özenli gözlemleri ‘fantezi’ olarak reddedildi, ancak sonunda, 60 yıl sonra, haklı olduğu kanıtlandı.

“Onların böyle davrandığını gördü ve kimse ona inanmadı!” Profesör Gibson dedi ki ifade. “Yani, kulağa çok tuhaf geliyordu.”

EGB Meade-Waldo’nun orijinal raporu, 1967’de, Afrika’daki sulak alanları ziyaret eden yaban kum tavuğuna ilişkin kendi ayrıntılı gözlemlerini yayınlayan iki ornitolog tarafından doğrulandı (referans). Erkek kum tavuğu tüylerinin yaklaşık 25 mililitre (5 çay kaşığı) su tutabildiğini ve kuşların göbek tüylerini suya batırıp kabartarak beş dakika kadar bir sürede topladığını bildirdiler. Ne yazık ki, 1967’de bu araştırmacıların özel tüy yapılarını ayrıntılı olarak araştırmasına izin verecek teknoloji yoktu.

Profesör Mueller ve ortak çalışan ve ortak yazar, Matoula S. Salapatas Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Profesörü ve MIT’de makine mühendisliği profesörü olan malzeme mühendisi Lorna Gibson, bu olağandışı tüylerin nasıl çalıştığını daha iyi anlamak için yola çıktı. Profesör Gibson yıllardır tüy mikro yapıları üzerinde çalışıyor ve kum tavuğu tüyleri hakkında daha fazla şey öğrenmeyi merak ediyordu.

Profesör Gibson basitçe “Nasıl çalıştığını görmek istedik” dedi. “Bütün hikaye çok ilginç görünüyordu.”

Bu araştırmayı yürütmek için Profesör Mueller ve Profesör Gibson, yetişkin bir erkek Namaqua kum tavuğu örneğinden birkaç göbek tüyü aldılar. Pterokles adıkoleksiyonlarında yer alan, Harvard Üniversitesi Karşılaştırmalı Zooloji Müzesi, dünyadaki kuş türlerinin yaklaşık% 80’ini içeren bir örnek koleksiyonunu sürdürür. Daha sonra taramalı elektron mikroskobu, mikrobilgisayarlı tomografi, ışık mikroskobu ve 3D videografi gibi mevcut tüm modern teknolojileri kullanarak hem kuru hem de ıslak tüyleri araştırdılar ve büyük ölçüde büyüttüler. Profesör Mueller ve Profesör Gibson, her biri bir insan saçı genişliğinin sadece bir kesri kadar olan tüy gövdelerini ve daha da küçük tek tek dikenleri ve dikenleri yakından incelediler (Şekil 3).

Profesör Mueller ve Profesör Gibson, kum tavuğu tüylerinin diğer kuşların tüylerinden farklı bir yapıya sahip olduğunu keşfettiler. Tüyün iç bölgesinde tüycükler tabanlarına yakın sarmal bir yapıya ve daha sonra düz bir uzantıya sahiptir (Şekil 3).e). Tüyün dış bölgesinde, dikenler sarmal sarmaldan yoksundur ve düzdür. Diğer birçok kuşta, her iki bölgede de kontur tüylerinin kanatlarını bir arada tutmak için “fermuarla” bir arada tutan yivler ve kancalar yoktur.

Profesör Mueller ve Profesör Gibson daha sonra, ıslandıklarında, kum tavuğu tüylerinin kıvrımlı kısımlarının gevşediğini ve kanatlara dik olacak şekilde döndüğünü gözlemlediler. Bu, kılcal hareket yoluyla suyu tutabilen yoğun bir lif ormanı oluşturur. Aynı zamanda, ucun yakınındaki dikenler içe doğru kıvrılarak suyun tutulmasına yardımcı olur.

İlham alan Profesör Mueller, tüy yapılarını “muhteşem” olarak nitelendirdi.

Profesör Mueller, “Bu ayrıntı düzeyini görmek bizi heyecanlandıran şeydi”, dedi. “Bu ilkeleri yeni malzemeler yaratmak için kullanmak için anlamamız gereken şey bu.”

Kum tavuğu tüylerini model ve ilham kaynağı olarak kullanarak ne tür yeni malzemeler yaratılabilir? Profesör Mueller ve Profesör Gibson, bulgularının sıvıların kontrollü absorpsiyon, güvenli bir şekilde tutulması ve kolay salınmasını gerektiren gelecekteki mühendislik tasarımlarının temelini oluşturacağını umuyor. Örneğin, suyun kıt olduğu ancak sis ve çiyin düzenli olarak meydana geldiği çöl bölgelerinde, bu tüy yapısını etkili bir şekilde su toplamak için kullanılmak üzere devasa ağlara dahil etmek.

Profesör Gibson, “Bunun, bu sistemleri iyileştirmenin bir yolu olabileceğini hayal edebilirsiniz”, diye açıkladı. “Bu tür bir yapıya sahip bir malzeme, sis hasadında ve suyu tutmada daha etkili olabilir.”

Profesör Mueller, iç kısmı tüy benzeri bir yapıya sahip bir su şişesinin, biri onunla hareket ederken içindeki sıvının etrafa sıçramasını önlemesini önerdi – bunu yapabilen bir su torbası veya su kesesi koşucular tarafından özellikle takdir edilecektir.

Profesör Mueller ayrıca, “sıvıyı verimli bir şekilde emebileceğiniz, ancak salmanın çok daha kolay olduğu”, kullanımı daha kolay yeni bir tür tıbbi eküvyon hayal ediyor. Pandemi sırasında COVID-19 nazal test örneklerinin toplanması için böyle bir serbest bırakma özelliğinin bir sorun olduğunu da sözlerine ekledi.

Profesör Mueller ve Profesör Gibson, ticari uygulamaları araştırmak ve geliştirmek için benzer yapıları 3 boyutlu olarak yazdırmayı planlıyor.

Kaynak:

Jochen Mueller ve Lorna J. Gibson (2023). Namaqua kum tavuğunun su tutan tüylerinin yapısı ve mekaniği (Pterokles adı), Journal of The Royal Society Arayüzü 20(201):20220878 | ben:10.1098/rsif.2022.0878

---

SHA-256: 9ab94921e06b203a216cb219d873f92ea4083642075e2e0be632939cd42949aa

Sosyal: Mastodon | Post.Haberler | Karşı Sosyal | Ben biz | Bülten