دراسة جديدة: تصميم أمعاء سمك القرش يتيح أنابيب خالية من الصمامات لتدفق السوائل

كشف تقرير أنه تم تطوير أنابيب مصممة لتمكين تدفق السوائل في اتجاه واحد دون استخدام الصمامات. مستوحاة من البنية المعوية لأسماك القرش، قام الباحثون في جامعة واشنطن بإنشاء أنابيب تحتوي على حلزون داخلي، والذي يحاكي الأمعاء الحلزونية الشكل الموجودة في أسماك القرش.

قد يمهد هذا التصميم الطريق لأنظمة نقل السوائل الأكثر متانة من خلال التخلص من الحاجة إلى الصمامات التقليدية. تمت دراسة التركيب المعوي لأسماك القرش، والذي يقيد التدفق بشكل طبيعي في اتجاه واحد، لتحديد تطبيقاته المحتملة في الهندسة.

ونشر الفريق نتائجه في مجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم. قادت البحث سارة كيلر، الكيميائية في جامعة واشنطن، التي استكشفت ما إذا كان من الممكن تكرار هذه الآلية البيولوجية في الأنظمة الاصطناعية. وصف كيلر لـ Science News يستكشف كيف تضمن التحقيق التعاون بين خبراء في الفيزياء وكيمياء المواد لضمان الاختبار الشامل للمفهوم وتطويره.

تم اختبار الحلزونات الصلبة والمرنة

استخدم فريق البحث الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء أنابيب صلبة تحاكي البنية الحلزونية لأمعاء سمك القرش. يتميز كل أنبوب باختلافات في الحجم والزاوية وكثافة الملف. تم اختبار هذه التصاميم مع المياه المتدفقة لتقييم كفاءتها في تعزيز الحركة في اتجاه واحد.

ووفقا للتقرير، فقد وجد أن الأنابيب ذات الحلزونية للأسفل تسمح بتدفق المياه بمعدل أسرع مرتين إلى ثلاث مرات من التكوينات المواجهة للأعلى. وأوضح إيدو ليفين، عالم الفيزياء الذي شارك في الدراسة، أن التكوين المتجه للأسفل يعكس التوجه الطبيعي لأمعاء القرش، مما يؤدي إلى أداء تدفق مثالي.

ويؤكد التقرير أيضًا أنه تم أيضًا إنتاج إصدارات مرنة من الأنابيب لمراقبة تأثيرات التشوه على ديناميكيات الموائع.

وأفاد ليفين أن سرعة التدفق زادت بشكل ملحوظ حتى 15 مرة أسرع عندما تم توجيه الحلزون إلى الأسفل في الأنابيب المرنة، وأشار كيلر في تصريح له إلى أن التفاعل بين مادة الأنبوب والسائل المتدفق لا يزال قيد التحقيق لفهم هذا التأثير بشكل كامل. .

النظر في التطبيقات المستقبلية

وقد تم تسليط الضوء على التطبيقات المحتملة لهذه التكنولوجيا، وخاصة في المجالات التي تعتبر الموثوقية فيها أمرا بالغ الأهمية. وأشار الشاكيم نيلسون، وهو كيميائي مواد في الفريق، في بيان له إلى أن مثل هذه الأنابيب الخالية من الصمامات يمكن أن تكون مفيدة في الأنظمة. آليات الصرف أو تدفق الهواء، حيث أن الصمامات التقليدية قد تفشل بسبب التآكل بمرور الوقت، ويعتقد أن عدم وجود أجزاء متحركة في هذا التصميم يعزز المتانة ويقلل من متطلبات الصيانة.