pintajännitys

Robottiötökkä matkii vesimittaria

Pe, 07/31/2015 - 11:46 By Markus Hotakainen
Vesimittari ja robottiötököitä

Päivän kuva

Sateiseen päivään sopii vetinen kuva. Soulin kansallisen yliopiston ja Harvardin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet pikkuruisen robotin, joka hyppää ilmaan. Siinä ei vielä ole mitään ihmeellistä, mutta suomalaisilta mökkirannoiltakin tutun vesimittarin tavoin keinoötökkä pystyy loikkaamaan yhtä helposti niin veden pinnalta kuin kovalta maankamaraltakin.

Tutkijat selvittivät, miten vesimittari pystyy yhdistämään sopivan voiman, ponnistuksen keston ja syvyyden, jolla veden pintajännitystä hyödyntämällä pääsee ilmaan. Kirjaimellisena lisätwistinä oli se, että vesimittari kiertää hypätessään jalkojaan. Toimivan robotin rakentaminen ei ollut helppoa ja tutkijaryhmä joutui testaamaan useita prototyyppejä ennen kuin löysivät oikean ratkaisun.

Yhdeksi keskeiseksi tekijäksi osoittautui se, että robotin jalkojen on oltava ponnistusvaiheessa mahdollisimman pitkään kosketuksissa vedenpinnan kanssa. Soveltamalla vesimittareilta matkittuja ominaisuuksia tutkijat rakensivat ”hyppijän”, joka pystyy kohdistamaan veteen 16 kertaa omaa painoaan vastaavan voiman rikkomatta silti pintajännitystä.

Kuva: Seoul National University

Lepakon karvainen kieli

Su, 05/12/2013 - 15:27 By Toimitus
Lepakko, jolla on karvainen kieli

Tämä on aivan liian seksikäs eläintieteellinen aihe: koska nektarin imeminen on vaikeaa, on lepakon kieli karvainen ja sillä on tuhatkunta erektiota.

Brown-yliopiston tutkijat ovat kuvanneet suurnopeuskameroilla miten lepakko käyttää kieltään, kun se syö, ja he ovat suorastaan äimistyneitä siitä, miten lepakko pystyy muuttamaan kieltään syömisen aikana, jotta se kykenee kaapimaan kukkien ja kasvien mettä. Todennäköisesti teollisiin sovelluksiin vielä päätyvä tutkimus julkaistiin viime viikolla PNAS-julkaisusarjassa.

Lepakot, kuten kolibrit ja erilaiset pörriäiset, juovat kukkien mettä samalla ilmassa paikallaan pysytellen. Paitsi että leijuminen ilmassa paikallaan on työlästä, on yhdestä kukasta saatavan meden määrä varsin pieni, joten ne joutuvat vierailemaan monien kukkien luona saadakseen riittävästi ravintoa. Siksi ei ole ihme, että niille on kehittynyt vähitellen erittäin tehokas ja nopea tapa syödä. Tai tarkasti ottaen niiden kieli, jolla ne lipovat mettä suuhunsa, on kehittynyt varsinaiseksi mesimopiksi.

Kolibreilla kieli on halkinainen, jolloin kieleen ja sen rakoon tarttuu paljon mettä kerrallaan. Ampiaisille ja mehiläisillä on harjamainen osa kielen päässä, mihin tarrautuu runsaasti mettä.

Lepakoilla on kielissään samankaltainen karvainen osa, jonka on tähän saakka arveltu lisäävän medensyöntitehokkuutta lähinnä siksi, että karvojen ansiosta pinta-ala, mihin neste voi tarrautua, on suurempi.

Edeltävä pitää edelleen paikkansa, mutta tuoreessa tutkimuksessa äkättiin, että kielessä on karvojen lisäksi tuhansia pieniä karvamaisia putkiloita, jotka näyttävät hieman omituisilta kampamaisilta ulokkeilta. Syödessä ne jähmettyvät joka kerta kun lepakko lappaa mettä suuhunsa. Kielen työntyessä ulos suusta ovat ulokkeet ensin lerppuina kielen pinnalla, mutta juuri ennen kuin kieli on täysin ulkona, valmiina ottamaan mettä, ulokkeet ponnahtavat pystyyn, jolloin kielen pintaan tarttuu runsaasti mettä.

Nopeasti ajatellen ilmiö perustuu meden pintajännitykseen, eli sen jännityksen ansiosta mettä tarttuisi enemmän pinta-alaltaan suurempaan ja rosoiseen pintaan, mutta kieli näyttää toimivan myös silloin, kun kieli ei ylety nesteeseen. Kun kuvaamisen lisäksi tutkijat katsoivat kielen rakennetta tarkemmin, kielen jähmettyvät putlikot paljastuivat hyvin mutkikkaiksi elimiksi: niissä on verenkiertoa ja hermostoa, ja ne ponnahtavat pystyyn hemodynaamisesti, eli veren hydraulisesti pumppaamana (siis hieman samaan tapaan kuin miehen penis).

Kieli toimii myös autonomisesti, sillä kun kuolleen lepakon kielelle pudotettiin mettä muistutavaa nestettä, kielen pumppaussysteemi toimi, eli kielessä ollut veri pakkaantui putkiloihin. Nähtävästi kielen poistuessa suusta sen lihashermot ensin rentouttavat putkilot ja sitten saavat veren ponnauttamaan ne pystyyn. Tähän kuluu vain 100 millisekuntia, eli vajaa neljäsosa ajasta, mikä kuluu silmän räpäyttämiseen.

Seuraavassa videossa Glossophaga soricina, pienikokoinen Keski- ja Etelä-Amerikassa esiintyvä lepakko latkii mettä suurnopeusvideolla hidastettuna:


Lepakon kielen jäljittelyllä voitaisiin parantaa monia arkisen elämän laitteita, mutta kenties suurimmat lupaukset – ja ensimmäiset sovellukset – ovat kirurgiassa. Esimerkiksi endoskooppiset instrumentit, joka tutkivat ihmistä sisältä tai joiden avulla tehdään leikkauksia pienten ihossa olevien reikien kautta, voisivat kehittyä olennaisesti, jos niiden rakenteissa voitaisiin imitoida lepakon muuntuvaa kieltä. Kenties pian keittiöliinatkin voivat mainostaa olevansa "lepakkokielitekniikalla tehtyjä".

Lähdeteksti, kuva ja video: Brown-yliopiston tiedote