Není to každý den, kdy dovolená na potápění připravuje cestu pro možné technologické inovace, mnohem méně ta, která zahrnuje ušní vosk. Přesto se to přesně stalo pro Alexise Noela.
Kandidát na doktorské studium strojního inženýrství na Gruzínském technologickém institutu popsal její potápěčský výlet, následné ucpání jejího přítele vodou a vinníka - ušního vosku - který držel vodu uvězněnou za ušním bubínkem profesorovi Davidu Hu. V žádném okamžiku nebyli oba zapojeni do podrobných diskusí o lepivé látce.
Pak to zasáhlo: Co dalšího se dá naučit od ušního vosku?
Zaujatý, Noel vysvětluje, že voskový materiál je nepřetržitě „namáhán a tvarován“ do různých forem v důsledku pohybů čelistí, které nutí ušní kanál k zúžení mezi oválnými a kulatými tvary. Tyto změny nakonec zlomí ušní vosk a nakonec způsobí, že vypadne z ucha (i když v nepatrných, stěží viditelných kusech).
Pokud jde o schopnost ušního vosku filtrovat prachové částice, říká, že filtruje prach mnohem dříve, než vyjde z ucha. Tento proces začíná, když ušní vosk potahuje ušní chloupky a vytvoří strukturu podobnou webu. Tato struktura, vysvětluje, je „velmi pravděpodobně“ nalezena uvnitř uší všech savců a hraje roli při sběru prachu.
"Jak vzduch cirkuluje dovnitř a ven z ucha, prachové částice jsou zachyceny lepkavou tekutinou, " říká Noel. Ušní vosk se nakonec nasytí prachem, což způsobí jeho zlomení a vypadnutí z ucha.
Lidé obvykle rezervují ušní vosk na vatové tampony. Ale Noel přemýšlel, mohlo by to být praktické využití mimo ušní kanál?
"Předpokládám filtraci domácího vzduchu, " říká Noel o jedné možné aplikaci s odkazem na střídavé jednotky a přenosné vzduchové filtry. "Filtr podobný ušnímu vosku může trvat déle než u tradičních sítí."
Ona a její tehdejší vysokoškolský vědec Zac Zachow začali zkoumat tekuté vlastnosti ušního vosku prasete, psa, ovcí a králíka. Studium zvířecího ušního mazu namísto člověka znamenalo vyhnout se velkému množství papírování, které je pro něj třeba, a umožnit jim tak mnohem dříve pracovat. Očekávali, že vlastnosti tekutin se budou mezi jednotlivými zvířaty pohybovat, ale to, co objevili, bylo překvapivé.
Alexis Noel a její tým shromažďovali a studovali vzorky ušních vosků z různých zvířat. (A. Noel, Z. Zachow a D. Hu, Georgia Tech) "Sbírali jsme vzorky od mrtvých zvířat z jiné laboratoře ve spolupráci s Georgia Tech, " říká Noel. Vysvětluje, že jejich viskozita ušního vosku byla „přesně stejná, ať už byla od malého králíka, nebo od velkého prasete. Kapalné vlastnosti byly stejné. “Bez ohledu na kontaminující látku (výkaly, nečistoty, prach atd.) Ušní vosk pokračoval v uchu.
Noel zjistil, že je zajímavé, že ušní vosk velkého zvířete má stejné vlastnosti jako menší, ale nebyla úplně překvapená, protože uvážila, že tekutiny jako sliz nebo krev obvykle zůstávají u zvířat stejná.
Noel, nyní vyzbrojený informacemi o tekutinových vlastnostech ušního vosku, plánuje posoudit maximální kapacitu ušního vosku - jak lidského, tak zvířecího. Je zvědavá, „kolik prachu je potřeba, aby se dostal do tohoto drobivého stavu.“
Pak přichází extrahování dat. "Budeme se dívat na bod lomu vzorků ušních vosků s různou koncentrací prachu, " vysvětluje. "Přidáme prach do vzorků ušních vosků, sledujeme, zda dojde k lomu, a vyneseme bod lomu proti koncentraci prachu." Noel dodává, že to může poskytnout informace o dlouhověkosti budoucích filtračních systémů.
Lidský ušní vosk je účinný při shromažďování prachu, protože vytváří kolem ušních chloupků síť. (A. Noel, Z. Zachow a D. Hu, Georgia Tech) S pokračujícím výzkumem je v této chvíli poněkud předčasné zničení potenciálních aplikací, vysvětluje Noel. Pokračuje v představování systému domácího filtrace vzduchu, který obsahuje látku podobnou ušnímu vosku optimalizovanou pro maximální kapacitu prachu a lomové body. Přesto se její kola točí. Jako vášnivý fanoušek vesmíru říká, že by „ráda aplikovala na nějakou vesmírnou aplikaci“ jednoho dne.
Beth Rattnerová, výkonná ředitelka Missouly, institutu biomimikry se sídlem v Montaně, se s Noeliným výzkumem potěšila.
"Jsme vždy nadšeni, když slyšíme o zapojení vědců do nových výzkumných příležitostí a jak by mohli inspirovat kreativní, udržitelnější technologie, " říká Rattner. "Je to obzvláště fascinující, že se jedná o ušní maz, něco, s čím všichni žijeme každý den, ale jen zřídka o tom přemýšlí." Doufejme, že jednoho dne řekneme našim čtenářům na AskNature.org o high-tech vzduchových filtrech inspirovaných ušním voskem, spolu s vodními filtry inspirovanými bílkovinami velryb a aquaporinovými proteiny. “
AskNature.org je webový server Biomimicry Institute, který komunitě umožňuje vyhledávat, spravovat a vytvářet udržitelné strategie a řešení, které jsou inspirovány přírodou.
Více než v Biomimicry 3.8 - sesterská organizace ústavu - Mark Dorfman pracoval 10 let jako biomimicry chemik. Noelův výzkum ušních vosků ho nutí myslet na medúzy, na všechny věci.
Když medúza čerpá jejich těla, vysvětluje, generují víry, které vytvářejí specifický tok. To může znamenat, že budoucí systémy filtrace prachu by možná mohly zahrnovat zavěšené trubkovité trubice, které pracují společně s látkami podobnými ušním voskům, a to vše ve snaze správně nasměrovat, zachytit a filtrovat částice.
Dorfman také zaujal rozpadajícími se vlastnostmi ušního mazu, které si myslí, že by mohly mít nějakou potenciální komerční hodnotu.
"Průmyslové procesy jsou často nepřetržité, spíše než dávkové, takže uzavření operací čištění filtračních systémů je něco, čemu se manažeři operací snaží vyhnout, " říká. "Proto myšlenka lepivých látek, které zachycují částice ve vzduchu, nebyla často žádoucí alternativou." Pokud by však lepkavá látka změnila své vlastnosti po nasycení částicemi, aby vypadla z jakéhokoli webového substrátu, ke kterému byla připojena, myslím, že by to mohlo být obnoveným zájmem jako životaschopné řešení. “
Dorfmanova kola se točí také.
"Možná by mohl existovat systém, ve kterém by se ušní vosková látka aplikovala ve vrstvách, takže jakmile bude povrchová vrstva nasycena a odpadne, bude odhalena nová, nová vrstva zachycující částice, " říká. "Jsem stále ohromen tím, že příroda vždy odhaluje překvapivé nové strategie inspirující řešení moderních průmyslových výzev."
Pro Noela hledání přírodních řešení nekončí ušním voskem. Prozkoumala kočičí jazyky. Noel měl dokonce štěstí, když pozoroval tygří jazyk, což se stalo poté, co koncem minulého roku zemřel tygr v Zoo Atlanta, Kavi.
Kočičí jazyky jsou pokryty pružnými páteřemi, které uchopují spleti v srsti a škádlí je. Studie punkčních sil přichází do hry se vším, Noel říká.
"Předpokládáme, že z této práce s kočičím jazykem vyplyne jakýsi jedinečný rozebíratelný, snadno čistitelný kartáč, " říká Noel. "Umím si snadno představit kartáč člověka nebo zvířete, ale podíváme se také na alternativní aplikace, jako jsou technologie čištění koberců."
Celý tento výzkum je přinejmenším zajímavý. Odkud to jde?
Řekněme, že si budeme určitě dávat pozor na budoucí podrobnosti.
