Ngomong babagan untu ing wong sing paling kerep digandhengake karo karies, braces lan sadis ing jas putih sing mung ngimpi nggawe manik-manik saka untu. Nanging lelucon aside, amarga tanpa dokter gigi lan netepake aturan kebersihan lisan, kita mung bakal mangan kentang lan sup liwat jerami. Lan kabeh iku kanggo nyalahke kanggo évolusi, kang menehi kita adoh saka untu paling awet, kang isih ora regenerate, kang mbokmenawa indescribably pleases wakil saka industri dental. Yen kita pirembagan bab untu saka wakil saka alam bébas, banjur elinga singa megah, hiu ngelak getih lan hyenas banget positif. Nanging, sanajan kekuwatan lan kekuwatane rahang, untune ora nggumunake kaya landak laut. Ya, bal jarum iki ing banyu, sing bisa ngrusak bagean liburan sing apik, duwe untu sing apik. Mesthine ora akeh, mung lima, nanging unik kanthi cara dhewe lan bisa ngasah awake dhewe. Kepiye para ilmuwan ngenali fitur kasebut, kepiye proses iki ditindakake lan kepiye carane bisa mbantu wong? Kita sinau babagan iki saka laporan klompok riset. Tindak.
Basis riset
Kaping pisanan, sampeyan kudu ngerti karakter utama sinau - Strongylocentrotus fragilis, ing istilah manungsa, kanthi landak laut pink. Jinis landak laut iki ora beda banget karo rekan-rekan liyane, kajaba wangun sing luwih rata ing kutub lan werna sing glamor. Dheweke urip cukup jero (saka 100 m nganti 1 km), lan tuwuh nganti diameter 10 cm.
"Balung" saka landak segara, sing nuduhake simetri limang sinar.
Landak laut iku, ora preduli sepira kasar, bener lan salah. Tilas duwe wangun awak sing meh sampurna bunder kanthi simetri limang balok sing diucapake, dene sing terakhir luwih asimetris.
Babagan pisanan sing narik kawigaten nalika ndeleng landak laut yaiku bulu sing nutupi kabeh awak. Ing macem-macem spesies, jarum bisa saka 2 mm nganti 30 cm.Saliyane jarum, awak duwe spheridia (organ keseimbangan) lan pedicellaria (proses sing meh padha karo forceps).
Kabeh limang untu katon cetha ing tengah.
Kanggo nggambarake lancip segara, sampeyan kudu ngadeg munggah, amarga bukaan cangkeme dumunung ing sisih ngisor awak, nanging bolongan liyane ana ing sisih ndhuwur. cangkeme lancip segara dilengkapi apparatus chewing karo jeneng ngelmu ayu "Aristoteles lantern" (Aristoteles pisanan diterangake organ iki lan mbandhingaké ing wangun lentera portabel antik). Organ iki dilengkapi karo limang rahang, saben kang ends ing waos landhep (lantern Aristotelian saka landak Jambon diselidiki ditampilake ing gambar 1C ngisor).
Ana asumsi manawa kekiatan untu landak segara dijamin kanthi ngasah sing terus-terusan, sing kedadeyan liwat karusakan bertahap saka piring waos mineralisasi kanggo njaga ketajaman permukaan distal.
Nanging kepiye carane proses iki ditindakake, untu endi sing kudu diasah lan sing ora, lan kepiye keputusan penting iki digawe? Para ilmuwan wis nyoba nemokake jawaban kanggo pitakonan kasebut.
Asil riset
Gambar #1
Sadurunge mbukak rahasia dental saka landak segara, nimbang struktur untu ing umum.
Ing gambar 1-1є pahlawan sinau ditampilake - landak laut pink. Kaya landak segara liyane, wakil spesies iki entuk komponen mineral saka banyu segara. Antarane unsur skeletal, untu banget mineralisasi (dening 99%) karo kalsit sing diperkaya magnesium.
Kaya sing wis kita rembugan sadurunge, landak nggunakake untune kanggo ngeruk panganan. Nanging saliyane iki, kanthi bantuan untune, dheweke nggali bolongan kanggo awake dhewe, sing ndhelikake saka predator utawa cuaca sing ala. Amarga nggunakake untu sing ora biasa, sing terakhir kudu kuwat lan landhep.
Ing gambar 1D tomografi microcomputed saka bagean saka waos wutuh ditampilake, nggawe cetha yen waos kawangun ing sadawane kurva elips karo bagean salib T-shaped.
Potongan melintang saka untu (1E) nuduhake yen untu kasebut dumadi saka telung wilayah struktural: lamina primer, wilayah kalkulus, lan lamellae sekunder. Wewengkon watu kasebut kasusun saka serat kanthi diameter cilik, diubengi dening cangkang organik. Serat kasebut dibungkus ing matriks polikristalin sing kasusun saka partikel kalsit sing sugih magnesium. Dhiameter partikel kasebut kira-kira 10-20 nm. Para panaliti nyathet yen konsentrasi magnesium ora seragam ing saindhenging untu lan mundhak nyedhaki pungkasane, sing nyedhiyakake resistensi nyandhang lan kekerasan.
Bagian longitudinal (1F) saka kalkulus waos nuduhake karusakan saka serat, uga pamisahan, sing dumadi amarga delaminasi ing antarmuka antarane serat lan cangkang organik.
Veneer primer biasane kasusun saka kristal tunggal kalsit lan dumunung ing permukaan cembung ing untu, dene veneer sekunder ngisi permukaan cekung.
Digambarke 1G siji bisa ndeleng Uploaded saka piring utami sudhut mlengkung lying podo karo kanggo saben liyane. Gambar uga nuduhake serat lan matriks polycrystalline ngisi spasi ing antarane piring. kekel (1H) mbentuk basis saka transversal T-bagean lan nambah kaku mlengkung waos.
Amarga kita ngerti apa struktur untu landak laut pink, saiki kita kudu ngerteni sifat mekanik komponen kasebut. Kanggo iki, tes kompresi ditindakake nggunakake mikroskop elektron scanning lan metode kasebut nanoindentation*. Sampel sing dipotong ing sadawane orientasi longitudinal lan transversal saka waos melu tes nanomekanis.
Nanoindentation* - mriksa materi kanthi cara indentasi menyang permukaan sampel alat khusus - indentor.
Analisis data nuduhake yen rata-rata modulus Young (E) lan kekerasan (H) ing pucuk untu ing arah longitudinal lan transversal yaiku: EL = 77.3 ± 4,8 GPa, HL = 4.3 ± 0.5 GPa (longitudinal) lan ET = 70.2 ± 7.2 GPa, HT = 3,8 ± 0,6 GPa (melintang).
Modulus Young* - jumlah fisik sing nggambarake kemampuan materi kanggo nolak tension lan kompresi.
Kekerasan* - sifat materi kanggo nolak introduksi awak sing luwih padhet (indentor).
Kajaba iku, recesses digawe ing arah longitudinal kanthi beban tambahan siklik kanggo nggawe model karusakan ductile kanggo area watu. On 2 kurva beban-pamindahan ditampilake.
Gambar #2
Modulus kanggo saben siklus diitung adhedhasar metode Oliver-Farr nggunakake data unloading. Siklus indentasi nuduhake penurunan modulus monoton kanthi nambah ambane indentasi (2B). Kerusakan ing kaku kasebut diterangake kanthi akumulasi karusakan (2C) minangka akibat saka deformasi sing ora bisa dibalèkaké. Wigati dimangerteni menawa pangembangan katelu dumadi ing saubengé serat, lan ora liwat.
Sifat mekanik saka konstituen waos uga ditaksir nggunakake eksperimen kompresi mikropilar kuasi-statis. Beam ion fokus digunakake kanggo nggawe pilar ukuran mikrometer. Kanggo netepake kekuatan sambungan antarane piring utami ing sisih cembung untu, micropillars digawe kanthi orientasi miring sing relatif marang antarmuka normal antarane piring (2D). Digambarke 2E microcolumn karo antarmuka condhong ditampilake. Lan ing grafik 2F asil pangukuran tegangan geser ditampilake.
Para ilmuwan nyathet kasunyatan sing menarik - modulus elastisitas sing diukur meh setengah saka tes indentasi. Bedane antarane tes indentasi lan tes kompresi uga kacathet kanggo lapisan untune untu. Saiki, ana sawetara teori sing njlentrehake bedo iki (saka pengaruh lingkungan sajrone tes kanggo kontaminasi conto), nanging ora ana jawaban sing jelas kanggo pitakonan kenapa bedo kasebut kedadeyan.
Langkah sabanjure ing sinau babagan untu landak laut yaiku tes nyandhang sing ditindakake nggunakake mikroskop elektron scanning. Untu kasebut ditempelake ing wadhah khusus lan ditekan ing substrat berlian ultrananocrystalline (3).
Gambar #3
Para ilmuwan nyathet yen versi tes nyandhang yaiku kebalikan saka sing biasane ditindakake nalika tip berlian ditekan menyang substrat materi sing diteliti. Owah-owahan ing metodologi tes nyandhang ngidini pangerten sing luwih apik babagan sifat mikrostruktur lan komponen waos.
Nalika kita bisa ndeleng ing gambar, nalika mbukak kritis wis ngrambah, Kripik wiwiti mbentuk. Perlu dipikirake manawa kekuwatan "cokotan" lentera Aristotelian ing landak laut beda-beda gumantung saka spesies saka 1 nganti 50 newton. Ing test, pasukan saka atusan micronewtons kanggo 1 newton iki Applied, i.e. saka 1 kanggo 5 newton kanggo kabeh lantern Aristotelian (amarga ana limang untu).
Digambarke 3B(i) partikel cilik (panah abang) katon, kawangun minangka asil nyandhang saka wilayah watu. Nalika area watu nyandhang lan kontrak, retak ing antarmuka antarane piring bisa asale lan nyebar amarga beban kompresi-geser lan penumpukan stres ing area piring kalsit. Snapshots 3B (ii) и 3B(iii) nuduhake panggonan ing ngendi pecahan pecah.
Kanggo mbandhingake, rong jinis eksperimen nyandhang ditindakake: kanthi beban konstan sing cocog karo wiwitan ngasilake (WCL) lan kanthi beban konstan sing cocog karo kekuatan ngasilake (WCS). Akibaté, rong varian saka nyandhang waos dipikolehi.
Video tes nganggo:
Tahap I
Tahap II
Tahap III
Tahap IV
Ing kasus beban konstan ing tes WCL, kompresi wilayah kasebut diamati, nanging ora ana chipping utawa karusakan liyane ing piring sing dideteksi (4A). Nanging ing tes WCS, nalika gaya normal tambah kanggo njaga konstanta voltase kontak nominal, chipping lan tiba metu saka piring diamati (4B).
Gambar #4
Pengamatan kasebut dikonfirmasi dening plot (4є) pangukuran area komprèsi lan volume piring chipped gumantung saka dawa ngusapake (sample liwat mirah sak test).
Grafik iki uga nuduhake yen ing kasus WCL ora ana chip sing kawangun sanajan jarak geser luwih gedhe tinimbang ing kasus WCS. Inspeksi piring teken lan chipped kanggo 4B ngidini sampeyan luwih ngerti mekanisme ngasah untu landak segara.
Area area sing dikompres saka watu mundhak nalika piring kasebut pecah, nyebabake bagean saka area sing dikompres bakal dicopot. [4B(iii-v)]. Fitur mikrostruktur kayata ikatan antarane watu lan slab nggampangake proses iki. Mikroskopi wis nuduhake yen serat ing kalkulus mbengkongaken lan nembus liwat lapisan piring ing bagean cembung waos.
Ing grafik 4є ana mlumpat ing volume wilayah chipped nalika piring anyar suwek saka waos. Iku penasaran yen ing wektu sing padha ana penurunan sing cetha ing jembar wilayah oblate (4D), sing nuduhake proses ngasah dhewe.
Cukup, eksperimen kasebut nuduhake yen nalika njaga beban normal (ora kritis) kanthi konstan sajrone tes nyandhang, tip dadi tumpul, dene untune tetep landhep. Pranyata yen untu landak diasah nalika digunakake, yen beban ora ngluwihi kritis, yen ora ana karusakan (kripik), lan ora ngasah.
Gambar #5
Kanggo mangerteni peran mikrostruktur waos, sifat-sifat lan kontribusie kanggo mekanisme ngasah diri, analisis unsur terhingga nonlinear saka proses nyandhang (5). Kanggo nindakake iki, gambar bagean longitudinal saka ujung waos digunakake, sing dadi basis kanggo model rong dimensi sing kasusun saka watu, piring, keel lan antarmuka antarane piring lan watu.
Gambar 5B-5H minangka plot kontur saka kriteria Mises (kriteria plastisitas) ing pinggir watu lan area slab. Nalika untu dikompres, kalkulus ngalami deformasi viscoplastic gedhe, nglumpukake karusakan lan nyusut ("flattens") (5B и 5C). Kompresi luwih lanjut nyebabake pita geser ing watu, ing ngendi sebagian besar deformasi plastik lan karusakan akumulasi, nyuwek bagean watu, nggawa kontak langsung karo substrat (5D). Fragmentasi watu kasebut ing model iki cocog karo pengamatan eksperimen (pecah pecahan ing 3B(i)). Kompresi uga nyebabake delaminasi ing antarane piring amarga unsur antarmuka kena beban campuran sing nyebabake dekohesi (peeling). Nalika area kontak mundhak, tekanan kontak mundhak, nyebabake wiwitan lan panyebaran retakan ing antarmuka (5B-5E). Mundhut adhesion antarane piring nguatake kink, sing nyebabake piring njaba bisa disengage.
Scratching exacerbates karusakan antarmuka nyebabake mbusak piring nalika piring (s) ngalami pisah (ing ngendi retak nyimpang saka antarmuka lan nembus piring, 5G). Nalika proses terus, pecahan piring dicopot saka pucuk waos (5H).
Pancen, simulasi kasebut kanthi akurat prédhiksi chipping ing wilayah watu lan piring, sing wis dingerteni para ilmuwan sajrone pengamatan (3B и 5I).
Kanggo kenalan sing luwih rinci karo nuansa sinau, aku nyaranake ndeleng и kanggo dheweke.
Epilogue
Karya iki maneh negesake manawa evolusi ora ndhukung untu manungsa. Kanthi serius, ing panlitene, para ilmuwan bisa nliti kanthi rinci lan nerangake mekanisme ngasah dhewe saka untu landak segara, sing adhedhasar struktur untu sing ora biasa lan beban sing bener. Piring sing nutupi waos hedgehog dikupas ing beban tartamtu, sing ngidini sampeyan njaga untu sing cetha. Nanging iki ora ateges yen landak segara bisa ngremukake watu, amarga nalika indikator beban kritis tekan, retak lan kripik dibentuk ing untu. Pranyata prinsip "ana daya, ora perlu pikiran" mesthi ora bakal nggawa keuntungan.
Bisa uga ana sing ngira yen sinau babagan untune para pedunung segara jero ora nggawa keuntungan kanggo manungsa, kajaba kanggo kepuasan rasa penasaran manungsa sing ora bisa diobati. Nanging, kawruh sing dipikolehi sajrone panliten iki bisa dadi dhasar kanggo nggawe jinis bahan anyar sing bakal duwe sifat sing padha karo untu landak - tahan nyandhang, ngasah dhewe ing tingkat materi tanpa bantuan eksternal, lan daya tahan.
Apamaneh, alam ngemu akeh rahasia sing durung bisa diungkapake. Bakal padha mbiyantu? Mbok ya, mbok menawa ora. Nanging kadhangkala, sanajan ing riset sing paling rumit, kadhangkala ora tujuan sing penting, nanging lelungan kasebut dhewe.
Jum'at ing ndhuwur:
Alas-alas ganggang raksasa ing jero banyu dadi papan ngumpulake landak segara lan pendhudhuk segara liyane sing ora biasa. (BBC Earth, voice-over - David Attenborough).
Matur nuwun kanggo nonton, tetep penasaran lan duwe akhir minggu sing apik kabeh! 🙂
Matur nuwun kanggo tetep karo kita. Apa sampeyan seneng karo artikel kita? Pengin ndeleng konten sing luwih menarik? Ndhukung kita kanthi nggawe pesenan utawa menehi rekomendasi menyang kanca, Diskon 30% kanggo pangguna Habr ing analog unik saka server level entri, sing diciptakake kanggo sampeyan: (kasedhiya karo RAID1 lan RAID10, munggah 24 intine lan nganti 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 kaping luwih murah? Mung kene ing Walanda! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - saka $99! Maca babagan
Source: www.habr.com