Τα σχέδια των σκελετών από αχινούς μπορεί να ενισχύσουν τη δομή τους

Οι σκελετοί από αχινούς μπορεί να οφείλουν μέρος της δύναμής τους σε ένα κοινό γεωμετρικό σχέδιο.

Συστατικά των σκελετών των κοινών αχινών (Paracentrotus lividus) ακολουθήστε ένα παρόμοιο μοτίβο με αυτό που βρέθηκαν σε κηρήθρες και φτερά λιβελλούλης, αναφέρουν ερευνητές τον Αύγουστο Journal of the Royal Society Interface. Η μελέτη αυτής της επαναλαμβανόμενης φυσικής τάξης θα μπορούσε να εμπνεύσει τη δημιουργία ισχυρών αλλά ελαφριών νέων υλικών.

Οι σκελετοί αχινών εμφανίζουν «μια απίστευτη ποικιλία δομών σε μικροκλίμακα, που ποικίλλει από πλήρως διατεταγμένες έως εντελώς χαοτικές», λέει η θαλάσσια βιολόγος και σύμβουλος βιομιμητικής Valentina Perricone. Αυτές οι δομές μπορεί να βοηθήσουν τα ζώα να διατηρήσουν το σχήμα τους όταν αντιμετωπίζουν επιθέσεις αρπακτικών και περιβαλλοντικές πιέσεις.

Ενώ χρησιμοποιούσε ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης για τη μελέτη των φυματιών του σκελετού του αχινού – σημεία όπου συνδέονται οι σπονδυλικές στήλες που αντέχουν ισχυρές μηχανικές δυνάμεις – ο Perricone εντόπισε «μια περίεργη κανονικότητα». Η φυματίωση φαίνεται να ακολουθεί έναν τύπο κοινής φυσικής τάξης που ονομάζεται μοτίβο Voronoi, ανακάλυψαν η ίδια και οι συνάδελφοί της.

Χρησιμοποιώντας τα μαθηματικά, δημιουργείται ένα μοτίβο Voronoi με μια διαδικασία που διαιρεί μια περιοχή σε κελιά σε σχήμα πολυγώνου που είναι χτισμένα γύρω από σημεία μέσα σε αυτά που ονομάζονται σπόροι (SN: 23/9/18). Τα κελιά ακολουθούν τον κανόνα του πλησιέστερου γείτονα: Κάθε σημείο μέσα σε ένα κελί είναι πιο κοντά στον σπόρο του κυττάρου παρά σε οποιοδήποτε άλλο σπόρο. Επίσης, το όριο που χωρίζει δύο κύτταρα έχει ίση απόσταση και από τους δύο σπόρους τους.

Ένα σχέδιο Voronoi που δημιουργήθηκε από υπολογιστή είχε 82 τοις εκατό ταίριασμα με το σχέδιο που βρέθηκε σε σκελετούς αχινών. Αυτή η διάταξη, υποπτεύεται η ομάδα, αποδίδει μια ισχυρή αλλά ελαφριά σκελετική δομή. Το μοτίβο «μπορεί να ερμηνευθεί ως μια εξελικτική λύση» που «βελτιστοποιεί τον σκελετό», λέει ο Perricone, του Πανεπιστημίου της Καμπανίας «Luigi Vanvitelli» στην Aversa της Ιταλίας.

Οι αχινοί, οι λιβελλούλες και οι μέλισσες δεν είναι οι μόνοι ωφελούμενοι της αρχιτεκτονικής Voronoi. «Αναπτύσσουμε μια βιβλιοθήκη βιοεμπνευσμένων δομών με βάση το Voronoi» που θα μπορούσε «να χρησιμεύσει ως ελαφριές και ανθεκτικές λύσεις» για το σχεδιασμό υλικών, λέει ο Perricone. Αυτά, ελπίζει, θα μπορούσαν να εμπνεύσουν νέες εξελίξεις στην επιστήμη των υλικών, την αεροδιαστημική, την αρχιτεκτονική και τις κατασκευές.