Blockdit Logo (Mobile)
The Thinker Man
•
10 ส.ค. 2020 เวลา 09:09 • วิทยาศาสตร์ & เทคโนโลยี
ความลับหมัดพิฆาตของ กั้งตั๊กแตน 7 สี: ต้นแบบวัสดุแห่งอนาคต?
หากเห็นแค่ชื่อ “peacock mantis shrimp” หลายคนอาจสงสัยว่ามันคืออะไรกันแน่ มีทั้งนกยูง ตั๊กแตน หรือ กุ้ง? อยู่ในชื่อ แท้จริงแล้วเจ้าของชื่อประหลาดนี้คือ "กั้งตั๊กแตน 7 สี" ที่มีชื่อวิทยาศาสตร์ว่า Odontodactylus scyllarus (O.scyllarus) พวกมันมีขนาดตัวประมาณ 4-6 cm. และชอบอาศัยอยู่ตามแนวปะการังเขตร้อนทั่วโลก
นอกจากสีสันสดใสสะดุุดตาของพวกมันแล้ว กั้งตั๊กแตน7 สียังเป็นสัตว์ที่มี "พลังหมัด" ที่หนักที่สุดในโลกเมื่อเทียบกับน้ำหนักตัว เรียกได้ว่าพวกมันคือ "one punch man" หมัดเดียวจอดในโลกแห่งความเป็นจริง ว่ากันว่ามันมีแรงต่อยมากถึง 1,000 เท่าเมื่อเทียบกับน้ำหนักตัว [1] เปรียบเทียบง่ายๆ ถ้าคุณมีน้ำหนักตัวแค่ 50 กิโลกรัมแต่สามารถต่อยหมัดที่มีน้ำหนักถึง 50 ตัน !!! โดยหมัดที่ต่อยออกมามีความเร็วสูงมากถึง 80 กิโลเมตร/ชั่วโมง
นอกจากแรงต่อยอันทรงพลังแล้ว ความน่ากลัวอีกอย่างของหมัดนี้คือพวกมันสามารถสร้าง "ฟองคลื่นกระแทกจากหมัด (cavitation bubbles)" ที่แผ่คลื่นความร้อนมากพอจะทำลายพื้นผิวของวัสดุทุกชนิด และมากพอที่จะทำให้เหยื่อผู้โชดร้ายของกั้งตั๊กแตน 7 สี สลบหรือตายได้เลย และที่สำคัญที่สุดพวกมันสามารถชกเหยื่อได้มากถึง
50,000 ครั้ง โดยที่ก้ามชกของมันไม่ได้รับความเสียหายใดๆเลย การชกซ้ำๆอย่างต่อเนื่องจะทำให้น้ำรอบๆเหยื่อร้อนจนเดือดเป็นฟอง ค่อยๆต้มพวกมันอย่างรวดเร็ว นับว่าเป็นเรื่องน่าทึ่งมากสำหรับผู้ล่าตัวเล็กๆแบบนี้
เคล็ดลับหมัดทรงพลังของกั้งตั๊กแตน 7 สี คืออะไร?
ด้วยความพิเศษของโครงสร้างหมัดนี้ ทีมวิจัยนำโดย เดวิด ไคเซลัส (David Kisailus) วิศวกรเคมี แห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียริเวอร์ไซด์ จึงพยายามศึกษาว่าโครงสร้างหมัดแบบไหนกันที่รองรับแรงต่อยแบบนี้ได้ ทีมนักวิจัยพบว่าโครงสร้างกำปั้นของพวกมันประกอบด้วยโครงสร้างระดับไมโคร (microstructure) ที่มีการจัดเรียงตัวกันเป็นเกลียวอย่างซับซ้อนหลายชั้น ระหว่างสารประกอบอนินทรีย์ชนิดไฮดรอกซีอะปาไทต์แบบผลึกที่พบมากในกระดูกและฟันของมนุษย์ที่ทำหน้าที่เป็นเกราะชั้นนอกห่อหุ้มชั้นของไคติน (สารประกอบที่เป็นองค์ประกอบของเปลือกหุ้มตัวของแมลงหลายชนิด) สานเป็นเกลี่ยวเพื่อช่วยลดการกระจายของแรงกระแทก
1
โครงสร้างการจัดเรียงตัวของชั้นภายในกำปั้นของกั้งตั๊กแตน 7 สี ที่มีการจัดเรียงตัวแบบวนเป็นเกลียวของเส้นใยไคตินร่วมกับสารประกอบไฮดรอกซีอะปาไทต์แบบผลึก เครดิตภาพ: UC Riverside
แผนผังแสดงขาคู่หน้าที่ดัดแปลงไปเป็นหมัดของกั้งตั๊กแตน 7 สี ในระยะก่อนการชก (บน) และหลังจากชกแล้ว (ล่าง) กล้ามเนื้อแสดงด้วยด้วยสีแดงและเส้นเอ็นที่ทำหน้าที่เป็นสปริงพิเศษแสดงด้วยสีเหลือง (แหล่งรูปภาพ: [4])
การเรียงตัวเป็นเกลียวของเส้นใยไคตินและแร่ไฮดรอกซีอะปาไทต์แบบผลึก จะบังคับให้แรงกระแทกเลื่อนไปในทิศทางต่างๆอย่างต่อเนื่องตามโครงสร้าง แถมยังช่วยลดการแพร่กระจายของแรงชกทำให้แรงทั้งหมดโฟกัสไปที่จุดๆเดียว
นอกจากนี้การจัดเรียงแบบพิเศษของเส้นเอ็นที่ทำหน้าที่คล้ายขดลวดสปริง ยังอยู่ในตำแหน่งที่ตั้งฉากกับตำแหน่งที่มันต่อยเหงื่อ (ตามหลักฟิสิกส์แล้วการจัดเรียงแบบนี้มีประสิทธิภาพสูงมากในการส่งแรงชก) ที่มีโครงสร้างไคตินแบบเกลียวอยู่อย่างหนาแน่นเพื่อช่วยลดการกระจายแรง ผลลัพธ์ที่ได้คือแรงทั้งหมดถูกส่งผ่านไปที่จุดๆเดียวอย่างรวดเร็วและรุนแรง
พลังหมัดของกั้งตั๊กแตน 7 สีเกิดจากโครงสร้างกำปั้นแบบพิเศษที่ช่วยดูดซับแรงกระทบและลดการกระจายแรงออกไป ทำให้แรงชกไปรวมที่จุดๆเดียว แหล่งรูปภาพ: [3]
เมื่อพิจารณาถึงสิ่งที่โครงสร้างหมัดแบบนี้สามารถทนได้ จึงแทบไม่น่าแปลกใจเลยว่าทำไมมันถึงถูกนำมาใช้ในเป็นแรงบันดาลใจในการออกแบบวัสดุที่ใช้ในอุปกรณ์กีฬาชุดเกราะน้ำหนักเบาและโครงสรา้งเครื่องบิน ซึ่งทั้งหมดนี้จำเป็นต้องทนต่อแรงกระแทกได้มาก โดยทีมวิจัยของเดวิด ไคเซลัส เองก็พบว่าเกราะกันกระสุนที่พัฒนามาจากโครงสร้างนี้สามารถกันกระสุนได้อย่างมีประสิทธิภาพแต่ลดน้ำหนักเหลือแค่ 1 ใน 3 ของเกราะปกติ แต่ยังต้องมีการพัฒนาต่อไปเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในอนาคต
นี่เป็นหนึ่งในหลายตัวอย่างที่แสดงให้เห็นว่าวัสดุที่สัตว์ทะเลสร้างขึ้นสามารถสร้างแรงบันดาลใจให้กับการออกแบบใหม่สำหรับวัสดุสังเคราะห์ที่ตอบสนองความต้องการของเราในโลกสมัยใหม่ได้ดีขึ้น
โฆษณา