מדענים ממשרד האנרגיה של ארה”ב הצליחו לחקות את המבנה של אם הפנינה (צדפת-הפנינים, סוג של צדפה שבתוכה נוצרות פנינים) ליצירת מה שעשוי להיות כחומר הקראמי הקשיח ביותר שהופק אי-פעם.
ביו-ממטיקה – המצאות טכנולוגיות בהשראת הטבע – הינה אחד מהרעיונות הלוהטים ביותר במדע למרות שהוא עדיין לא הצליח להצמיח התקדמויות מעשיות רבות. זה הזמן לשינוי – מדענים ממשרד האנרגיה של ארה”ב הצליחו לחקות את המבנה של אם הפנינה (צדפת-הפנינים, סוג של צדפה שבתוכה נוצרות פנינים) ליצירת מה שעשוי להיות כחומר הקראמי הקשיח ביותר שהופק אי-פעם.
באמצעות הקפאה מבוקרת של תרחיפי-תחמוצת אלומיניום (אלומינה) במים והוספה של פולימר ידוע מאוד, פולימתילמטאקרילאט (polymethylmethacrylate, PMMA), צוות חוקרים הצליח לייצר חומרים קראמיים החזקים פי שלוש מאות פעמים מאשר רכיביהם הנפרדים. ראש צוות המחקר הוא Robert Ritchie מהמחלקה להנדסה ומדעי-החומרים באוניברסיטת ברקלי בקליפורניה.
“חיקינו את מנגנוני ההקשחה הטבעיים בכדי ליצור היברידים של אלומינה בהתבסס על תבניות- קרח לקבלת חומר קשיח ועמיד ברמה של סגסוגות אלומיניום,” אומר החוקר. “אנו מאמינים כי חומרי-דגם אלו יוכלו לשמש בזיהוי מאפייני-מבנה ראשיים אשר ידריכו את רעיונות הסינתזה העתידית של חומרים מבניים קלי-משקל, לא ביולוגיים, בהשראת הטבע, בעלי חוזק וקשיות ייחודיים.”
אם הפנינה, או צדפת-הפנינים, החלק הפנימי של צדפות, שבלולים ורכיכות מסוימות אחרות, ידועה הן בזכות יופייה הססגוני והן בזכות קשיותה הרבה. הפנינה מורכבת מתשעים וחמישה אחוזים של ארגוניט (aragonite), מחצב קשיח אך פריך של סידן פחמתי (CaCO3), והיתר מורכב מתרכובות אורגניות רכות. אולם, הצדפה עצמה יכולה להיות 3000 פעמים (במונחי אנרגיה) עמידה יותר לשברים מאשר ארגוניט. אף חומר מעשה ידי-אדם לא עולה בביצועיו, ביחס לחומרים המרכיבים אותו, בפער כה גדול שכזה. הבעיה הייתה כי קשיותה הרבה של הצדפה נובעת ממבנה אדריכלי המשתנה על פני תחום אורכים החל מננומטרים ועד מיקרומטרים. ההנדסה האנושית עדיין לא הצליחה לשכפל את שונות מידות האורך הזו.
אולם, לפני כשנתיים, חוקרי המעבדה בברקלי, Tomsia ו- Saiz מצאו דרך לשפר את הקשיות של מרכיבי העצם באמצעות שיטת עיבוד הכוללת הקפאה של מי-ים. שיטה זו הובילה לקבלת חומרים קראמיים שהיו חזקים פי ארבעה יותר מעצמות מלאכותיות. כאשר מי-ים קופאים, גבישי קרח יוצרים מערכת פיגומים של שכבות דקיקות. שכבות אלו הינן קרח טהור, מכיוון שבמהלך היווצרותן זיהומים שונים, כגון מלח ומיקרואורגניזמים, מורחקים ונלכדים במרווחים שבין השכבות. המבנה המתקבל דומה, באופן גס, לזה של הצדפות.
“מאחר שמי-ים מסוגלים לקפוא כמו חומרים שכבתיים, הנחנו לטבע להוביל את התהליך בו הצלחנו לצקת חומרים קראמיים בהקפאה ולקבל חיקוי של הצדפה הטבעית,” אמר החוקר Tomsia.
במחקר עדכני זה, החוקר Ritchie, יחד עם שני המדענים הנוספים, עידן את שיטת היציקה-בהקפאה ויישם אותה עבור חומרים היברידיים של אלומינה/PMMA לקבלת פיגומים קראמיים בעלי נקבוביות רחבות שהיו דומים ביותר למיקרו-מבנים של הצדפה הטבעית.
בכדי להצליח בכך, הם השתמשו בתחילה בהקפאה מוכוונת לקידום היצירה של שכבות דקיקות (רובד דק, lamellae) של קרח אשר שימשו כתבניות להכנת פיגומי אלומינה שכבתיים. לאחר הרחקת הקרח, המרווחים שבין שכבות האלומינה מולאו בפולימר.
“ההסבר לקשיותם של חומרים טמון ביכולתם לפזר אנרגיית-מאמץ,” מציין החוקר. “מילוי החללים שבין שכבות האלומינה בפולימר מאפשר לשכבות האלומינה הקשיחות להחליק זו על-גבי זו, במידה קטנה יחסית, כאשר מופעל עליהן לחץ חיצוני, ובכך הן מצליחות לפזר את אנרגיית-המאמץ. הפולימר משמש כחומר-סיכה, בדומה לשמן במנועי-רכבים.”
בנוסף ליצירת הפיגומים השכבתיים, הצוות הצליח גם להכין מבנים דמויי-צדפה של לבנים ומלט בעלי תכולת אלומינה גבוהה. הם עשו זאת באמצעות מיטוט מבוקר של הפיגומים בכיוון הניצב לשכבות ואז בדִּבְקוּק (sintering, תהליך חימום חומר במידת חום שהיא קצת מתחת לנקודת ההתכה על מנת ליצור גוש מוצק אחד) לבני-האלומינה לשם קידום דחיסותן ויצירת גשרים קראמיים בין הלבנים הפרטניות.
“באמצעות שיטה זו הצלחנו ליצור מבנים מורכבים בהם ניתן לכוונן את עובי השכבות, לבקר את הכיווניות המקרוסקופית שלהם, לשנות את הכימיה והקשיות של הממשקים הבין-שכבתיים ולקבל צפיפות נתונה של גשרים אי-אורגניים, והכל בטווח נרחב של גדלים.”
לשם הכנה עתידית של חומרים קראמיים בעלי קשיות רבה עוד יותר, החוקר אומר כי על צוותו לשפר את היחס של החומר הקרמי/פולימר בהרכבים שלהם. החומר ההיברדי אלומינה/PMMA הכיל רק כשמונים וחמישה אחוזים של אלומינה. החוקרים מעוניינים להגדיל את תכולת האלומינה עוד יותר ולהפחית בעובי השכבות. כמו-כן הם מעוניינים להחליף את הפולימר PMMA בפולימר טוב יותר ובסופו של דבר להחליף את הפולימר כולו במתכת.
אומר החוקר הראשי, “הפולימר מסוגל רק לסייע בהחלקה של השכבות אחת על-גביי השנייה ולא ליטול על עצמו חלק מהמאמץ האנרגטי. מילוי החללים בין השכבות הקראמיות יספק לנו חומר-סיכה שיוכל לשאת גם חלק מהמאמץ עצמו. זה ישפר את החוזק והקשיות של החומר הסופי.”
חומרים עתידיים שכאלו יהיו קלי-משקל, חזקים וקשיחים ויוכלו לשמש ביישומי אנרגיה ותחבורה, מוסיף החוקר.
14 תגובות
בצלאל:
אתה מתכוון לזה שברא את הארנבת ולא ידע שאינה מעלה גירה או לזה שאפשר את השואה?
בקוונטים גל או חלקיק יש הסבר??? ובכל מקרה מיתקבל כעובדה הבורא הוא המציאות!!!
"ביולוג"
אתה רוצה שגם אני אעתיק את תגובתך בין מירכאות ואשאל אחריה מה זה שייך?
מבחינתי עברת לחלוטין לשיטת ההתשה ואינני מוצא מקום לתגובה.
מיכאל-“אתה פשוט בוחר להגדיר מדע באמצעות משחק מילים ולא כפי שהוא.
הניסוי הוא מעצם הגדרתו דבר שמתייחס לעתיד בשעה שהמדע העוסק בעבר הוא מעצם הגדרתו דבר שעוסק בעבר.”-אז לא ניתן להפריך את טענת המוצא המשותף.התיאוריה אינה מדעית.
אין חפיפה בין השניים והדבר היחיד שניתן לדרוש מתיאוריה מדעית ביחס לעבר הוא שתחזה דברים שיתקיימו בעתיד.”-גם תכנון תבוני חוזה המון דברים שהתבררו כנכונים.האבולוציה לעומתה קיבלה מס’ הפרכות של ניבויים שהופרכו.רוצה דוגמא?
“התיאוריה של מוצא המינים היא כזאת והיא חוזה שהמינים ימשיכו להתפתח (הוכח בניסוי)”-מעולם לא נחזתה מאקרו אבולוציה או קומפלקס גנים חדש.
שיימצאו תצורות ביניים – או כפי שאנשים כמוך אוהבים לקרוא להם – חוליות חסרות (הוכח בניסוי)”-צורות ביניים הם הנחות המבוקש.
“שתהיה אחידות מבנית ואברים מסוימים שישנו את תפקידם בין מינים שונים (הוכח בניסוי),”-אחידות והומולוגיה תואמת גם את התכנון התבוני.כיון שמדובר ביוצר אחד.
” שיהיה גורם שמכיל את האינפורמציה התורשתית (הוכח בניסוי),”-מה הקשר להתפתחות מורכבות מפשטות?
“לכן התיאוריה של האבולוציה היא תיאוריה מדעית – הכי מדעית שיכולה תיאוריה הדנה בעבר להיות.”-גם התכנון התבוני מדעית.
” השיטה שהצעת להפרכת הבריאתנות אינה יכולה להפריך דבר וכל תפקידה הוא לשרת חוסר הבנה בסיסית של המונח “תיאוריה מדעית”.”-היא דווקא יכולה.כי רק כך תוכל להוכיח שמורכבות אינה מצריכה תבונה.
אתה מציע לנו בורא שקיים מאז ומתמיד. כזה שהתקיים גם לפני המפץ הגדול. כזה שהוא בעצם אלוהים אז אני מציע לך קודם כל להודות בכך.
זה אינו הסבר.”-מה שייך טיעון זה לטיעון כי האדם מצריך יוצר?
"ביולוג"
אתה פשוט בוחר להגדיר מדע באמצעות משחק מילים ולא כפי שהוא.
הניסוי הוא מעצם הגדרתו דבר שמתייחס לעתיד בשעה שהמדע העוסק בעבר הוא מעצם הגדרתו דבר שעוסק בעבר.
אין חפיפה בין השניים והדבר היחיד שניתן לדרוש מתיאוריה מדעית ביחס לעבר הוא שתחזה דברים שיתקיימו בעתיד.
התיאוריה של מוצא המינים היא כזאת והיא חוזה שהמינים ימשיכו להתפתח (הוכח בניסוי) שיימצאו תצורות ביניים – או כפי שאנשים כמוך אוהבים לקרוא להם – חוליות חסרות (הוכח בניסוי) שתהיה אחידות מבנית ואברים מסוימים שישנו את תפקידם בין מינים שונים (הוכח בניסוי), שיהיה גורם שמכיל את האינפורמציה התורשתית (הוכח בניסוי), שגורם זה יהיה נתון למוטציות אקראיות (הוכח בניסוי) ועוד כהנה וכהנה (אני מקווה שאולי בכל זאת תבין אבל אני די בטוח שלא תודה בכך).
לכן התיאוריה של האבולוציה היא תיאוריה מדעית – הכי מדעית שיכולה תיאוריה הדנה בעבר להיות.
וביחס לבור – אמור לי: כיצד אתה מגדיר מורכבות? למה אתה מדבר רק על מערכות ביולוגיות? אני חוזר ואומר – השיטה שהצעת להפרכת הבריאתנות אינה יכולה להפריך דבר וכל תפקידה הוא לשרת חוסר הבנה בסיסית של המונח "תיאוריה מדעית".
אתה מציע לנו בורא שקיים מאז ומתמיד. כזה שהתקיים גם לפני המפץ הגדול. כזה שהוא בעצם אלוהים אז אני מציע לך קודם כל להודות בכך.
זה אינו הסבר.
הסבר אמור להסביר את מה שאינו מובן באמצעות מה שמובן. לא באמצעות דבר בלתי מובן ובטח לא באמצעות עצמו.
אם כדי להסביר את מוצא החיים אתה טוען שהחיים (ואפילו חיים מורכבים יותר!) התקיימו מאז ומתמיד אז אתה פשוט מתעלם מן השאלה.
אמרתי זאת כבר קודם אז הנה אמרתי את זה עוד פעם.
מיכאל-חוסר האפשרות להפריך תיאוריות הדנות בעבר מובנה במשמעות המילה "עבר" ואם איזה בריאתן מוכן לראות במשהו הפרכה לבריאתנות זה רק מראה עוד היבט של חוסר ההיגיון שלו."-אז לא ניתן להפריך האבולוציה.אין היא מדעית.ואת המבחן סיפק דמבסקי.
האם אתה באמת חושב שהאפשרות שייווצר משהו באופן טבעי מפריכה את האפשרות שנוצר באופן מלאכותי?
האם לא ראית מימיך בור באדמה?"-לא דיברתי על בור אלא על מערכות ביולוגיות מורכבות
"מה שמפריך את הבריאתנו זה ההיגיון הפשוט:
אם כדי ליצור חיים נחוצה ישות תבונית הרי שישות כזאת נחוצה גם כדי לברוא את הבורא."-רק אם הבורא עצמו בעל התחלה.אתה יכול להוכיח זאת?
מדובר – כפי שבוודאי שמעת אלף פעם בתיאוריה שאינה מסבירה כלום.
מכיוון שגם אחרי ששמעת זאת פעמים כה רבות אינך מבין את העניין הרי שאין טעם בוויכוח אתך"-אז אין לך תשובה לשאלתי.
"ביולוג"
אין לי כוונה לוותר על ההיגיון לטובת הצהרות חסרות בסיס.
לא ניתן להוכיח גם שהיינו כאן לפני שנייה ושלא נבראנו כרגע עם אוסף הזיכרונות שנשתלו במוחותינו יחד עם עולם שלם שתואם אותם.
אני מרשה לך לאמץ גם השערה זו.
חוסר האפשרות להפריך תיאוריות הדנות בעבר מובנה במשמעות המילה "עבר" ואם איזה בריאתן מוכן לראות במשהו הפרכה לבריאתנות זה רק מראה עוד היבט של חוסר ההיגיון שלו.
האם אתה באמת חושב שהאפשרות שייווצר משהו באופן טבעי מפריכה את האפשרות שנוצר באופן מלאכותי?
האם לא ראית מימיך בור באדמה?
אתה רק טוען את הטענה המוזרה הזאת כדי לדמגג לנו שהבריאתנות היא מדע.
עזוב שטויות.
מה שמפריך את הבריאתנו זה ההיגיון הפשוט:
אם כדי ליצור חיים נחוצה ישות תבונית הרי שישות כזאת נחוצה גם כדי לברוא את הבורא. מדובר – כפי שבוודאי שמעת אלף פעם בתיאוריה שאינה מסבירה כלום.
מכיוון שגם אחרי ששמעת זאת פעמים כה רבות אינך מבין את העניין הרי שאין טעם בוויכוח אתך.
למיכאל-לא ניתן להפריך טענת המוצא המשותף למשל.זאת כיון שלא ניתן ליישם לכך מבחן במעבדה.לפי דמבסקי(ממייסדי התכנון התבוני),מבחן מפריך לתכנון התבוני יהיה, באם יצליחו להראות כי מערכות ביולוגיות מורכבות מסוגלות להווצר ללא גורם מכוון.קח לדוגמא את השוטון הבקטריאלי-ניתן לפשט אותו עד למינימום-זנב השוטון+מנגנון שפעולו+ציר+מחזיק השוטון.מכל המאמרים האבולוציוניסטים לא ראיתי כיצד מיישבים התפתחות אפשרית למנגנון זה.מצאו רק מערכת עם הומולוגיה מסויימת(טייפ 3 סקרטרי) שאין לה כל קשר עם תנועה.עוד מנגנון הוא למשל מסלול המרת atp לadp,הכולל כמה שלבים הכרחיים.
"ביולוג"
כל המאמינים באשר הם רואים בכל עובדה חיזוק לטענתם.
זו מהותה של האמונה.
זה כמובן בניגוד קוטבי לגישה המדעית שיודעת גם לשלול תיאוריות על סמך תוצאות הניסוי.
משפט שיכול לחזק את גישת התכנון התבוני-"אף חומר מעשה ידי-אדם לא עולה בביצועיו, ביחס לחומרים המרכיבים אותו, בפער כה גדול שכזה. הבעיה הייתה כי קשיותה הרבה של הצדפה נובעת ממבנה אדריכלי"
אני כבר מחכה שהחומרים הקרמיים החדשים האלו יכנסו לייצור סידרתי, יוזלו ואז יוכלו לסדר לי את השיניים בזול. 😉
החומר הפלסטי שהשתמשו בו הוא חומר המוצא לייצור
פרספקס, כך לי שאם ישתמשו באותה טכניקה בחומרים
פלסטיים אחרים (מתקדמים יותר?) – יתכן ואפשר להגיע
לתוצאות טובות בהרבה.
הישג מרשים,
המדע בדיוני פעם נוספת מתממש בחיים האמיתיים?
בספר המשובח " בז וניאלה" מתוארים מבנים מבוססי מבנה הצדפות.
נתקלתי באתר זה כבר כמה פעמים בביטוי "ביו-ממטיקה".
לדעתי יש לומר ביו-מימטיקה כי מקור חלקה השני של המילה הוא המילה Mime שפרושה "לחקות"