क्या आप कार से कुचले गए और फिर भी जीवित हैं? आयरनक्लाड बीटल के पीछे की अजीब भौतिकी |
क्या आपने कभी किसी कीड़े को पैरों से कुचलकर सोचा है कि यह लगातार भिनभिनाता क्यों रहता है? अब, इसके ठीक ऊपर घूमते हुए एक कार के टायर की कल्पना करें; अधिकांश जीव-जंतुओं को कुचल दिया जाएगा, लेकिन इस शैतानी लोहे से बने भृंग को नहीं। नेचर में प्रकाशित शोध में पाया गया है कि अमेरिका के दक्षिण-पश्चिम का यह असामान्य रेगिस्तानी निवासी उन ताकतों से कतराता है जो अन्य कीड़ों को चपटा कर देती हैं, इसका श्रेय स्टील से भी अधिक मजबूत एक्सोस्केलेटन को जाता है। वैज्ञानिकों ने हाल ही में इस छोटे से जानवर को चलाकर और हाई-टेक स्कैन के साथ अंदर झाँककर कोड को क्रैक किया है। उनके निष्कर्षों से एक जिग्सॉ-जैसा कवच सामने आया है जो कुचलने वाले दबाव के बावजूद हंसता है, भविष्य को प्रेरित करता है; बाइक के पुर्जों से लेकर विमान तक सब कुछ।
क्यों लोहे से ढका भृंग कारों से कुचले जाने से बच सकते हैं
कैलिफ़ोर्निया और एरिज़ोना के शुष्क झाड़ियों से आने वाला, शैतानी आयरनक्लाड बीटल (फ़्लोएड्स डायबोलिकस) उड़ नहीं सकता; यह एक ग्राउंड-हगर है जिसने धूर्त और कोयोट जैसे शिकारियों से बचने के लिए कवच विकसित किया है। केवल तीन ग्राम वजनी, इसमें एक एक्सोस्केलेटन है जो बिना बकलिंग के गंदगी पर कार के टायर के 100 न्यूटन बल को सहन कर सकता है। टीम के सफल अध्ययन में पर्ड्यू विश्वविद्यालय के प्रोफेसर पाब्लो ज़वात्तिएरी ने बताया, “अगर एक कार का टायर गंदगी की सतह पर बीटल के ऊपर दौड़ता है तो वह लगभग 100 न्यूटन का बल लगाएगा।” केवल कंप्रेसिव स्टील प्लेटों का उपयोग करते हुए, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, इरविन की डेविड किसैलस लैब ने किसी भी फ्रैक्चर से पहले एक नमूने को 150 न्यूटन तक, जो उसके शरीर के वजन का 39,000 गुना था, बढ़ाया। अन्य भूमि भृंगों ने उसके आधे भाग पर ही अपना अस्तित्व खो दिया। “यह शैतानी लोहे से ढका भृंग उड़ने में सक्षम नहीं है, इसलिए यह जमीन पर रहने के लिए अनुकूलित है। इसे काफी हद तक वहीं खड़ा रहना पड़ता है और इसे झेलना पड़ता है,” किसेलस ने उन प्रयोगों के दौरान उल्लेख किया जहां भृंग दो कार पलटने के बाद भी बिना किसी नुकसान के बच गया। सीटी स्कैन ने रहस्य का खुलासा किया: एलीट्रा (कठोर अग्र पंख एक ढाल में जुड़े हुए) इंटरलॉकिंग आरा ब्लेड के समान एक केंद्रीय सिवनी में मिलते हैं।
वैज्ञानिकों ने आयरनक्लाड बीटल की रक्षा करने वाले जिग्सॉ कवच को डिकोड किया है
यहाँ प्रतिभाशाली अंश है: भौतिकी दोहरी मार वाली रक्षा में जीव विज्ञान से मिलती है। जब कुचल दिया जाता है, तो वे पहेली-टुकड़े ब्लेड सिवनी में कसकर बंद हो जाते हैं, जो उन्हें सस्ते लेगो की तरह ढीले होने से रोकते हैं। इसके बाद, परतें पूरी तरह ढहने के बिना ऊर्जा को अवशोषित करने के लिए पर्याप्त रूप से सिकुड़ते हुए, सुंदर ढंग से नष्ट हो जाती हैं। “सिवनी एक जिग्सॉ पहेली की तरह काम करती है। यह एलीट्रा के नीचे पेट में विभिन्न एक्सोस्केलेटल ब्लेड पहेली टुकड़ों को जोड़ती है,” ज़वात्तिएरी ने वर्णन किया, सिमुलेशन और 3 डी-मुद्रित प्रतिकृतियों द्वारा तंत्र की पुष्टि के बाद। यह सेटअप कमजोर गर्दन से बल को दूर कर देता है, जहां अधिकांश भृंग स्नैप करते हैं। केवल अत्यधिक प्रयोगशाला भार के तहत ही यह शानदार ढंग से विफल हुआ, लेकिन वास्तविक दुनिया के टायर? कोई प्रतियोगिता नहीं। एलीट्रा के स्तरित प्रोटीन फाइबर ग्लाइसीन से भरपूर होते हैं और केवल एक सख्त छत्ते की तरह क्रॉस-लिंक्ड होते हैं, जो भंगुरता के बिना फ्लेक्स जोड़ते हैं। किसैलस की टीम ने संपीड़न परीक्षणों में इसे विमान एल्यूमीनियम मानकों की तुलना में केवल 105% अधिक कठिन मापा। “हमें लोककथाओं का परीक्षण करना था,” वास्तविक रन-ओवर के साथ रोडकिल मिथकों की पुष्टि करने के बारे में हँसते हुए किसैलस ने स्वीकार किया।
आयरनक्लाड बीटल इंजीनियरिंग प्रेरणा: बग से बोल्ट तक
प्रकृति से छेड़छाड़ करने वाले केवल बड़े सपने देख रहे हैं। ज़ावतिएरी के दस्ते ने कार्बन-फाइबर फास्टनरों में सिवनी की नकल की, जो केवल धातु के फास्टनरों जितना मजबूत था, लेकिन कहीं अधिक लचीला था, जो टूटने से पहले झुक जाता था। “इस कार्य से पता चलता है कि हम मजबूत, भंगुर सामग्रियों का उपयोग करने से हटकर उन सामग्रियों का उपयोग करने में सक्षम हो सकते हैं जो टूटने पर ऊर्जा को नष्ट करके मजबूत और कठोर दोनों हो सकती हैं। ज़वात्तिएरी ने अपने नेचर पेपर में निष्कर्ष निकाला, “प्रकृति ने शैतानी आयरनक्लाड बीटल को ऐसा करने में सक्षम बनाया है।” चित्र बाइक हेलमेट या ड्रोन फ्रेम इस बीटल की चतुर चाल को दर्शाते हैं, एक तरह से हल्का किट जो एक झटके में ठीक से उखड़ जाता है, जिससे आपको कोई खरोंच नहीं आती है। किसेलस की टीम बायोमिमिक्री में पुरानी विशेषज्ञ है (उन्होंने पिछले अध्ययन में पागल मेंटिस झींगा घूंसे पर काम किया है), और अब वे विमानों के लिए भी फिक्स पर नजर गड़ाए हुए हैं: पंखों के जोड़ या धड़ के टुकड़े जो पक्षियों के हमले को रोकते हैं। भृंग के कम चयापचय का मतलब है कि उड़ान में कोई ऊर्जा बर्बाद नहीं होती, सारी ऊर्जा कवच में प्रवाहित हो जाती है। 35% प्रोटीन, 35% काइटिन, और एक खनिज मैट्रिक्स जो इसे केवल कठोरता के साथ रखता है।केवल प्रयोगशालाओं से परे, यह कहानी हमें विनम्र बनाती है। तोड़-फोड़ कर शिकार करने वाले शिकारियों की दुनिया में, इस छोटे से प्राणी के लिए, विकास ने बिल्कुल नए सिरे से एक टैंक बनाया, किसी तकनीक की आवश्यकता नहीं थी। जंगल में एक को खोजें? इस पर गाड़ी न चलाएं, अपनी टोपी किसी उत्तरजीवी को दें जो हमें और अधिक कठिन निर्माण करना सिखा रहा है।
