Wetenschappers onthullen de geheimen achter de superkrachtige tanden van mieren

Om te voorkomen dat consumentenelektronica krimpt, moeten ingenieurs gereedschappen bouwen die klein maar extreem krachtig zijn om te gebruiken bij het bouwen van de apparaten. De ene groep hoopt blauwdrukken van Moeder Natuur te krijgen door enkele van de moeilijkste gereedschappen die we kennen te bestuderen: mierentanden.

Dunner dan een lok mensenhaar, kunnen miniatuurinsecten hard genoeg knagen om taaie bladeren af ​​te knippen zonder enige schade aan te richten. Het heeft allemaal te maken met de gelijkmatige opstelling van de tanden van de zinkatomen, die zorgt voor een gelijkmatige verdeling van kracht elke keer dat de wezens iets knijpen. De onderzoekers zeggen dat deze functie ooit zou kunnen worden toegepast op door de mens gemaakte gereedschappen.

zei Aaron Devaraj, senior onderzoeker bij het Pacific Northwest National Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie en auteur van het boek Er is een studie gepubliceerd over de vorming van mierentanden Woensdag in wetenschappelijke rapporten. Babymieren “kunnen de menselijke huid snijden zonder te breken – het is moeilijk om met onze tanden te doen.”

Om tot de diepten van de mysteries van de natuur te komen en te voldoen aan de behoefte van de mensheid aan elektronica in zakformaat – zodat we natuurlijk gemakkelijk onze Twitter-feeds kunnen controleren – hebben onderzoekers eerst een klein stukje geïsoleerd van een enkele mierentand. mieren twee, of Soms meer, tanden op de gebogen buitenste onderkaak of onderkaak. Vervolgens wendde het team zich tot een techniek die atoomsondetomografie wordt genoemd, die precies een beeld schetst van waar elk atoom zich in het lichaam bevindt.

“Het plan was om deze technologie te gebruiken om te begrijpen hoe zink wordt verdeeld in deze mierentanden, en hoe dat leidt tot de kracht die je krijgt,” zei Devaraj.

Atomic probe tomography werkt door middel van omgekeerde analyse. Kortom, je plaatst een element in een kamer, verdampt het langzaam – atoom voor atoom – en verzamelt de gegevens van elk ingrediënt op een detector. Met deze informatie kun je het object reconstrueren als een 3D-model, maar dan met herkenbare atomen.

Na deze stappen te hebben gevolgd met behulp van een microscopisch kleine “naald” om aan mieren te knabbelen, ontdekte het team dat zinkatomen in de tand – verantwoordelijk voor de doordringende pijnlijke aard van mierenbeten – op een verrassend uniforme manier werden verdeeld in plaats van in bosjes.

Elke keer dat een mier iets bijt, wordt de kracht volledig over zijn tanden verspreid door de gelijkmatige verspreiding van zinkatomen. Dit verklaart waarom slechts ongeveer 10-20% zink nodig is voor hun sterke tandheelkundige materiaal. Nog beter, zeggen de onderzoekers, gebruiken de dieren uiteindelijk ongeveer 60% of minder kracht dan ze nodig zouden hebben als hun tanden overeenkwamen met onze relatief zwakke parelwitte tanden, die verschillende soorten en verschillende verdelingen van elementen hebben.

“Organische en anorganische chemici kunnen samenwerken om echt krachtige materialen te synthetiseren, geïnspireerd door dit soort materialen,” zei Devaraj.

Als we het concept van gelijkmatig verspreidende atomen – zink of andere elementen – toepassen op de gereedschappen die menselijke technologie bouwen, zouden onze toekomstige miniatuurgereedschappen een dubbel voordeel hebben. Het zal goedkoper zijn, omdat er een kleinere hoeveelheid sterkere en dure componenten nodig zal zijn. Het zal ook efficiënter zijn omdat er tijdens het gebruik kracht vereist is.

Vervolgens proberen Devaraj en zijn collega-onderzoekers manieren te vinden om een ​​revolutie teweeg te brengen in de manier waarop compacte technische apparaten worden gebouwd door andere kleine, kleine soorten te analyseren die met krachtige wapens rondzwerven.

“We zijn al op zoek gegaan naar schorpioensteken, bijvoorbeeld spintanden en vele andere soorten miniatuurgereedschap om te begrijpen wat voor soort insectenarsenalen zijn,” zei Devaraj.