Răng ốc sên được xác nhận là vật liệu mạnh nhất trong tự nhiên, vượt qua tơ nhện (2015)
(smithsonianmag.com)- Các nhà nghiên cứu Anh đã thử nghiệm răng của loài ốc biển thuộc nhóm ốc nón chóp (limpet) và phát hiện độ bền kéo của chúng trung bình cao hơn hầu hết tơ nhện khoảng 5 lần, là vật liệu tự nhiên mạnh nhất từng được đo
- Răng có cấu trúc composite gồm sợi nano goethite — tinh thể chứa sắt — được bao bọc bởi nền protein
- Giới hạn trên của độ bền cao hơn Kevlar rất nhiều và tương đương sợi carbon chất lượng cao nhất, nhưng chưa bằng các vật liệu nhân tạo mạnh nhất như graphene
- Ốc nón chóp bám vào đá bằng chân cơ bắp và chất tiết với lực 75 pound trên mỗi inch vuông, dùng những chiếc răng gắn trên lưỡi bào (radula) để ăn và mài đá
- Tiêu chí so sánh ở đây là độ bền kéo, tức khả năng không bị đứt khi bị kéo, cần phân biệt với độ bền nén hoặc độ cứng chống trầy xước/cắt
Cấu trúc và độ bền của răng ốc nón chóp
- Ốc nón chóp là loài ốc biển sống bám chắc vào đá nơi sóng đánh; chúng có thể bám chặt với lực 75 pound trên mỗi inch vuông nhờ “bàn chân” thân mềm cơ bắp và các chất tiết hóa học
- Khi ăn, chúng mài đá bằng lưỡi bào (radula), một dạng lưỡi có nhiều răng gắn trên đó
- Trong thí nghiệm, vật liệu răng này cho thấy độ bền kéo cao hơn trung bình khoảng 5 lần so với hầu hết tơ nhện
- Nhóm nghiên cứu ví độ bền này với việc một sợi spaghetti có thể đỡ khoảng 3.300 túi đường, mỗi túi nặng 1 pound
- Dù được giới thiệu là có thể chịu áp lực đủ để biến carbon thành kim cương, ghi chú của biên tập viên làm rõ riêng rằng tiêu chí so sánh trong bài là độ bền kéo
- Răng có cấu trúc trong đó sợi nano goethite — tinh thể chứa sắt — được nền protein bao bọc
- Giới hạn trên của dải đo vượt xa Kevlar và tương đương sợi carbon chất lượng cao nhất
- Yếu hơn các vật liệu nhân tạo mạnh nhất, bao gồm graphene
- Kết quả nghiên cứu được đăng trên Journal of the Royal Society Interface
Các đặc tính vật liệu khác nhau và ứng dụng kỹ thuật
- Nếu so sánh rộng các vật liệu mạnh trên Trái Đất, có những vật liệu nano nhân tạo mạnh hơn kim cương; trong tự nhiên cũng có hai vật liệu hiếm chịu được ứng suất lớn hơn kim cương
- wurtzite boron nitrate có cấu trúc nguyên tử tương tự kim cương và được cấu thành từ boron và nitrogen
- lonsdaleite được tạo thành từ carbon nhưng có cấu trúc lục giác, khác với cấu trúc lập phương của kim cương; nó có thể hình thành khi thiên thạch chứa graphite va chạm với Trái Đất
- lonsdaleite có thể chịu ứng suất lớn hơn kim cương 58%
- Tuy nhiên, so sánh với wurtzite boron nitrate liên quan đến độ cứng — khả năng chống trầy xước hoặc cắt — chứ không phải độ bền kéo, nên không nên hiểu đó là bảng xếp hạng theo cùng tiêu chí với răng ốc nón chóp
- Vật liệu vừa cứng, vừa bền và linh hoạt hữu ích cho việc phát triển vật liệu, cấu trúc và máy móc thế hệ mới; cấu trúc composite của răng ốc nón chóp trở thành đối tượng nghiên cứu cho các vật liệu mô phỏng sinh học mới
1 bình luận
Các ý kiến trên Hacker News
Nếu muốn xem ảnh, bài báo này có nhiều tư liệu hay: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ece3.10332
Khi đưa ngón tay ra trước một con sên trần, nó sẽ cố gặm; giờ tôi mới hiểu vì sao lại có cảm giác ráp như giấy nhám
Thay vì ví von “một sợi spaghetti nâng được 3.300 túi đường 1 pound”, nói là một chiếc xe du lịch cỡ trung có lẽ sẽ rõ ràng hơn nhiều
Đó là cách ví 1.500 kg bằng một vật quen thuộc với độc giả Anh, nhưng khi Smithsonian đổi đơn vị, họ lại biến nó thành túi đường 1 pound, thứ còn xa lạ hơn với người Mỹ. Ở Mỹ hầu như hiếm thấy túi đường 1 pound, còn ở Anh túi 500 g tuy hơi nhỏ nhưng khá phổ biến
https://www.bbc.com/news/science-environment-31500883
https://www.sainsburys.co.uk/gol-ui/product/sainsburys-white...
Không biết lấy khối lượng hay thể tích làm chuẩn, là trạng thái đã nấu nên mềm dẻo hay là khô nên dễ gãy. Spaghetti cũng không phải thứ mà ta trực giác được độ bền kéo so với kích thước, nên khó hiểu phép ví này muốn giúp hình dung điều gì
Thay vì truyền đạt trọng lượng bằng số túi như “3.300 túi đường 1 pound”, nói là một chiếc ô tô hiện đại thì tốt hơn
Tôi biết đến răng ốc sên lần đầu qua The Sound of a Wild Snail Eating của Elisabeth Tova Bailey
Đây là một cuốn phi hư cấu ngắn và đẹp, kể về một phụ nữ bị rối loạn hệ thần kinh do nhiễm trùng hiếm gặp, phải nằm gần như liệt giường trong nhiều năm; cô quan sát một con ốc sên mà bạn cô mang từ rừng về đặt cạnh giường, rồi tìm hiểu sâu về động vật thân mềm qua sách thư viện công cộng. Sau khi đọc cho con nghe, tôi còn nằm trên cánh đồng để tự nghe tiếng sên trần “chậc chậc chậc” nhai cây
Khi quan sát ốc sên trong bể cá, chúng gần như liên tục gặm thứ gì đó. Tôi luôn thắc mắc làm sao chúng giữ được những chiếc răng nhỏ bé không ngơi nghỉ ấy nguyên vẹn; hóa ra câu trả lời nằm ở cấu trúc và cơ chế tái tạo của răng
Tôi đã muốn xem ảnh răng ốc sên
Bài báo nghiên cứu gốc nằm ở liên kết sau, còn các liên kết trong bài viết đã bị hỏng
https://royalsocietypublishing.org/rsif/article/12/105/20141...
Nghiên cứu này là bài báo năm 2015, và vào năm 2017 đã có một đính chính hữu ích về sự khác nhau giữa cường độ nén và cường độ kéo