Διπλωματική Εργαςία. Μπετίνα Βοφτου. Επιβλέπων: Χ. Πολάτογλου, Αναπληρωτής Καθηγητής

Transcript

1 ΚΑΣΑΚΕΤΗ ΠΡΟΣΤΠΩΝ ΚΑΙ ΒΕΛΣΙΣΟΠΟΙΗΗ Διπλωματική Εργαςία ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΣΑ ΑΠΟ ΕΜΒΙΟΤ ΟΡΓΑΝΙΜΟΤ ΠΜΣ Φυσική & Τεχνολογία Υλικών Επιβλέπων: Χ. Πολάτογλου, Αναπληρωτής Καθηγητής Θεσσαλονίκη, 2009

2 Περιεχόμενα 1.Πεξίιεςε Πεξίιεςε Διιεληθή Πεξίιεςε Αγγιηθή - Abstract Δηζαγσγή Γεληθά Παξαδείγκαηα Τξόπνη πξνζέγγηζεο γηα ηελ ηερλνινγηθή εθαξκνγή Βηνκηκεηηθή θαη Σερλεηά Τθάζκαηα Δθαξκνγή ηεο λαλνηερλνινγίαο ζηα πθάζκαηα Δηζαγσγή Υθάζκαηα Υςειήο Λεηηνπξγηθόηεηαο: «Έμππλα» Τερλεηά Υθάζκαηα θαη «Έμππλα» Δλδύκαηα Τν θαηλόκελν ηνπ ισηνύ Υθάζκαηα εκπλεπζκέλα από ηε δηαπλνή ησλ θπηώλ-neoprene Υθάζκαηα βαζηζκέλα ζην δέξκα θαξραξία Υθάζκαηα κε κόλσζε Πιαζηηθά Δληζρπκέλα κε Ίλεο Τιηθά εκπλεπζκέλα από ην κεηάμη Βηνκηκεηηθή Ρνκπνηηθή Δηζαγσγή Robolobsters Sprawl Hexapods Κηλεηήξεο βαζηζκέλνη ζην κνληέιν θάκπηαο (inchworm linear motors) Δηζαγσγή Δθαξκνγέο Θσξάθηζε & Δπηδηόξζσζε Κέιπθνο Abalone Έκπλεπζε από ηα πνπιηά Αεξνζθάθε κε θηεξά κεηαβαιιόκελνπ ζρήκαηνο Καηαζθεπή ππέξιεπησλ πιηθώλ Έκπλεπζε από ην ιεπθό ζθαζάξη Cyphochilus Έκπλεπζε από ηηο λπρηεξίδεο Όξαζε κέζσ Αθνήο Bat Cane Αζθάιεηα Αεξνδξνκίσλ Biosonar Αλαξξίρεζε κέζσ λαλνζσκαηηδίσλ Κηζζόο Πξνζέγγηζε βηνκηκεηηθήο ζηελ αεξνδηαζηεκηθή ηερλνινγία Βηνινγηθά εκπλεπζκέλεο ιύζεηο γηα ηελ θηλεηηθόηεηα Μεραληζκνί Σθαςίκαηνο Πεηξακαηηθό Μέξνο Πξνζνκνίσζε δνκήο ηνπ θειύθνπο abalone Πεηξακαηηθή Γηάηαμε Πεηξακαηηθή Γηαδηθαζία - Απνηειέζκαηα Δπίινγνο Βηβιηνγξαθία

3 1.Πεξίιεςε 1.1.Περίληψη Ελληνική Η ζπλερήο αλζξώπηλε πξνζπάζεηα γηα ηε βειηίσζε εξγαιείσλ θαη ζπζηεκάησλ νδήγεζε ζηελ αλαδήηεζε θαιύηεξσλ ιύζεσλ θαη έκπλεπζε από ηε θύζε. Οη δηαθνξεηηθέο ηερληθέο, ε αθξίβεηα, ε πνηόηεηα θαη ε κεζνδνινγία ηεο θύζεο ελέπλεπζε ηνπο εξεπλεηέο λα ηα εθαξκόζνπλ ζηα αλζξώπηλα επηηεύγκαηα. Η παξνύζα εξγαζία παξνπζηάδεη κεξηθά παξαδείγκαηα θαη ηξόπνπο πινπνίεζεο δηαηάμεσλ ζε δηάθνξνπο ηνκείο πνπ πξνέθπςαλ από ηελ παξαηήξεζε ηεο ζπκπεξηθνξάο θαη ηεο κνξθνινγίαο ζειαζηηθώλ, εληόκσλ θαη θπηώλ. Τν πεηξακαηηθό κέξνο παξνπζηάδεη κία πξνζνκνίσζε ηεο ζπκπεξηθνξάο θαη ηεο δνκήο ηνπ θειύθνπο abalone, θαηά ηελ νπνία δεκηνπξγήζεθαλ ηξία δνθίκηα κε ηεηξαγσληθέο θνιίδεο θαη ηξία ρσξίο θνιίδεο, κε ηξηώλ εηδώλ ζπγθνιιεηηθέο νπζίεο (απηνθόιιεηε ηαηλία δηπιήο όςεσο, ζηιηθόλε θαη αιεπξόθνιια), ησλ νπνίσλ κεηξήζεθε ε θάκςε κεηά από εθαξκνγή θνξηίνπ. Η πξνζνκνίσζε έδεημε όηη ηα δνθίκηα κε ηηο θνιίδεο είλαη πξάγκαηη πην ειαζηηθά επηβεβαηώλνληαο ην ξόιν ηεο απνξξόθεζεο ησλ πςειώλ ελεξγεηώλ ησλ θξνύζεσλ ζηελ ζπγθνιιεηηθή πξσηεΐλε ηνπ abalone. 1.2.Περίληψη Αγγλική - Abstract Constant human efforts and visions for improving of tools and technology systems led inevitably in searching ideas and solutions from nature. The very different and wisely chosen techniques, great accuracy, quality and methodology are some of nature s characteristics that inspired the scientists to apply them into human modern technology. This project distributes some examples and methods that were used in many fields and were resulted by the observation of the behavior and the morphology of mammals, insects and plants. The experimental part of the project simulates the behavior and the structure of abalone sea-shell. We created three specimens that were consisted of square plastic scales and three plastic specimens with no scales, and we measured their deflection after applying certain value of mass. Each specimen had three layers of the same basic structure and we used three kind of adhesive materials in each (2-faced adhesive tape, silicone and gluten). The results of the simulation showed that the scaled specimens were indeed distributing greater elasticity than the non-scaled ones, confirming the energy absorption role of the adhesive protein of abalone shell. 2

4 2.Ειςαγωγή Η βηνκηκεηηθή είλαη ε εθαξκνγή ησλ κεζφδσλ θαη ησλ ζπζηεκάησλ πνπ βξίζθνληαη ζηε θχζε, ζηε κνληέξλα ηερλνινγία. Απηή ε κεηαθνξά ηερλνινγίαο είλαη επηζπκεηή επεηδή ε εμειηθηηθή πίεζε ηππηθά εμαλαγθάδεη ηα θπζηθά ζπζηήκαηα λα βειηηζηνπνηεζνχλ θαη λα γίλνπλ πην απνηειεζκαηηθά. Οη κέζνδνη πεξηιακβάλνπλ ηα παξαθάησ: Σε κίκεζε θπζηθψλ κεζφδσλ θαηαζθεπήο ρεκηθψλ ζπζηαηηθψλ γηα ηε δεκηνπξγία λέσλ. Σε κίκεζε κεραληζκψλ πνπ βξίζθνληαη ζηε θχζε (φπσο ην Velcro). Σε κειέηε νξγαλσκέλσλ αξρψλ απφ ηελ θνηλσληθή ζπκπεξηθνξά ησλ νξγαληζκψλ, φπσο ηε ζπγθέληξσζε ησλ πνπιηψλ ζε ζκήλε ή ηε ζπκπεξηθνξά ησλ κειηζζψλ θαη ησλ κεξκεγθηψλ[1]. Η ζχγρξνλε βηνκηκεηηθή είλαη κία ζπζηεκαηηθή πξνζέγγηζε ησλ εξεπλεηψλ πνπ γλσξίδνπλ φηη λέεο ηερλνινγίεο θαη ηδέεο κπνξνχλ κφλν λα επηηεπρζνχλ κε ηε δεκηνπξγία ζπλεξγαζηψλ. Η πην απνηειεζκαηηθή γηα απηνχ ηνπ είδνπο ηε ζπλεξγαζία ήηαλ ε αλάπηπμε λέσλ κεζφδσλ κέηξεζεο θαη λέσλ νξγάλσλ, ηα νπνία είλαη ηθαλά λα αλαθαιχπηνπλ θπζηθέο αξρέο ή θαλνληθφηεηεο πνπ κέρξη ζηηγκήο ήηαλ άγλσζηεο. Η ζπζηεκαηηθή πξνζέγγηζε γηα ηελ θαηαλφεζε βηνινγηθψλ δνκψλ, δηαδηθαζηψλ θαη ιεηηνπξγηψλ ζπληειεί ζε λέεο θαη εθπιεθηηθέο ηερληθέο ιχζεηο φπσο νη επηθάλεηεο πνπ απηνθαζαξίδνληαη θαη πνπ βαζίζηεθαλ ζην θπηφ ισηφο (Barthlott and Neinhuis, 1997, Scherrieble et al., 2005), νη ειαθξηέο δνκέο βειηησκέλνπ ζρήκαηνο πνπ βαζίζηεθαλ ζε κνληέια δέλδξσλ θαη νζηψλ (Mattheck, 1990, 1996, 1998), λέα ζρέδηα πξνπειψλ πνπ ζρεδηάζηεθαλ ζχκθσλα κε ηα θηεξά ησλ πνπιηψλ (Bannasch, 2005) ή νη βειηησκέλεο ηερληθέο αλίρλεπζεο sonar πνπ βαζίζηεθαλ ζηνλ ηξφπν επηθνηλσλίαο ησλ δειθηληψλ (Bannasch, 2006). Η βηνκηκεηηθή απνηειεί κφλν ζε εμαηξεηηθέο πεξηπηψζεηο, έλα απιφ αληίγξαθν ή κία κίκεζε ησλ θπζηθψλ δνκψλ ή ιεηηνπξγηψλ νη νπνίεο κεηαθέξνληαη ζε ηερληθέο δνκέο. ε πνιιέο πεξηπηψζεηο, κεηά ηελ θαηαλφεζε ελφο βηνινγηθνχ κνληέινπ, έλαο δεκηνπξγηθφο αλζξψπηλνο λνπο απνζπά θαη κνξθνπνηεί απηά ηα ραξαθηεξηζηηθά ψζηε λα θηάζεη ζε κία ηερληθή ιχζε πνπ είλαη πνιχ θαιχηεξε απφ ηελ ήδε ππάξρνπζα. Η θαηλνηφκα βηνκηκεηηθή ιχζε είλαη ε πην νηθνινγηθά αλψηεξε ιχζε, φρη φκσο εγγελψο. Σν θαιχηεξν ζεκαίλεη ζπρλά πην γξήγνξν ή πην θζελφ, ζηελ βηνκεραλία φκσο θαη ζηνπο θαηαλαισηέο δελ ππάξρεη κεγάιε αλεζπρία ζρεηηθά κε ηνλ νηθνινγηθφ ραξαθηήξα[2]. 2.1.Γεληθά Παξαδείγκαηα Σν Velcro είλαη ην πην δηάζεκν παξάδεηγκα ζηε βηνκηκεηηθή. Σν 1948, ν Διβεηφο κεραληθφο George de Mestral θαζψο θαζάξηδε ηνλ ζθχιν ηνπ απφ αθαλζψδε θειχθε, ζπλεηδεηνπνίεζε ηνλ ηξφπν πνπ απηά γαληδψλνληαλ ζηε γνχλα. Οη ηπηάκελεο κεραλέο θαη ηα πινία ηνπ Leonardo da Vinci είλαη πξψηκα παξαδείγκαηα ζρεδίσλ απφ ηε θχζε ζηε κεραλνινγία. Ο Julian Vincent απφ ηε κειέηε ησλ θνπθνπλαξηψλ αλέπηπμε ην 2004 «έμππλα» ξνχρα πνπ πξνζαξκφδνληαη ζηηο κεηαβνιέο ηεο ζεξκνθξαζίαο. «Ήζεια έλα άβην ζχζηεκα πνπ ζα κπνξνχζε λα αληαπνθξηζεί ζηηο αιιαγέο ηεο πγξαζίαο αιιάδνληαο ην ζρήκα ηνπ», είπε. «Τπάξρνπλ αξθεηά ηέηνηα ζπζηήκαηα ζηα θπηά, αιιά ηα πεξηζζφηεξα είλαη πνιχ κηθξά ην θνπθνπλάξη είλαη ην κεγαιχηεξν θαη επνκέλσο ην πην εχθνιν λα κειεηεζεί». Σα θνπθνπλάξηα αληαπνθξίλνληαη ζηηο ζεξκφηεξεο ζεξκνθξαζίεο αλνίγνληαο ψζηε λα δηαζθνξπίζνπλ ηνπο ζπφξνπο ηνπο. Σν έμππλν χθαζκα θάλεη ην ίδην πξάγκα, αλνίγνληαο φηαλ έρεη δέζηε θαη θιείλνληαο ζθηρηά φηαλ έρεη θξχν. Σα κνξθηθά θηεξά αεξνπιάλσλ πνπ κεηαβάιινπλ ην ζρήκα ηνπο ζχκθσλα κε ηελ ηαρχηεηα θαη ηε δηάξθεηα ηεο πηήζεο έρεη ζρεδηαζηεί ην 2004 απφ επηζηήκνλεο βηνκηκεηηθήο απφ ην Παλεπηζηήκην Penn State. Σα κνξθηθά θηεξά εκπλεχζηεθαλ απφ δηαθνξεηηθά είδε πνπιηψλ πνπ έρνπλ δηαθνξεηηθά ζρήκαηα θηεξψλ αλάινγα κε ηελ ηαρχηεηα κε ηελ νπνία πεηνχλ. Πξνθεηκέλνπ λα αιιάμεη ην ζρήκα θαη ε ππνθείκελε δνκή ηνπ θηεξνχ ηνπ αεξνπιάλνπ, νη εξεπλεηέο ρξεηάζηεθε λα θηηάμνπλ ην ππεξθείκελν ζηξψκα ηνπ ηθαλφ ψζηε λα κεηαβιεζεί, πξάγκα πνπ επηηπγράλεηαη κε ηελ επίζηξσζε ησλ θηεξψλ απφ ιέπηα πνπ έρνπλ εκπλεπζηεί απφ ηα ςάξηα, ηα νπνία κπνξνχλ λα γιηζηξνχλ ην έλα πάλσ ζην άιιν. 3

5 Οη λαλνδνκέο είλαη θπζηθνί κεραληζκνί πνπ παξάγνπλ ην ιακπεξφ ρξψκα ησλ θηεξψλ ησλ πεηαινχδσλ θαη νη νπνία αλαπαξήρζεζαλ ζε ζηιηθφλε απφ ηνλ Greg Parker, θαζεγεηή Ηιεθηξνληθήο θαη Τπνινγηζηψλ ζην Παλεπηζηήκην Southampton θαη απφ ηνλ θνηηεηή Luca Plattner ζην αληηθείκελν photonics, ην νπνίν είλαη ειεθηξνληθή κε ηε ρξήζε θσηνλίσλ σο ηνλ θνξέα ηεο πιεξνθνξίαο αληί ηνπ ειεθηξνλίνπ. 2.2.Τξόπνη πξνζέγγηζεο γηα ηελ ηερλνινγηθή εθαξκνγή πλήζσο, ππάξρνπλ δχν πξνζεγγίζεηο ηεο βηνκηκεηηθήο (Speck et al., 2006 a, b), ε πξνζέγγηζε top-down θαζψο θαη ε πξνζέγγηζε bottom-up. Όζνλ αθνξά ηελ πξψηε, νη κεραληθνί αλαδεηνχλ ηξφπνπο λα βειηηψζνπλ ηα ππάξρνληα πξντφληα ή δηαδηθαζίεο κε ηε βνήζεηα βηνιφγσλ θαη ην εχξνο ηεο γλψζεο ηνπο. Δμαηηίαο ησλ δηαθνξεηηθψλ «γισζζψλ» ησλ επηζηεκφλσλ πνπ ιακβάλνπλ κέξνο, είλαη ζεκαληηθή ε απφθηεζε γλψζεσλ απφ ηνπο βηνιφγνπο φπνπ νη κεραληθνί πξέπεη λα είλαη αλνηρηφκπαινη θαη πξφζπκνη λα ζθέθηνληαη ζε αζπλήζηζηεο δηεπζχλζεηο. Μεηά ηελ ηαπηνπνίεζε ησλ πην ππνζρφκελσλ ιχζεσλ κε επηπξφζζεηε, θαη κεξηθέο θνξέο αξθεηά εθηελήο, δνκηθή θαη ιεηηνπξγηθή αλάιπζε, νη βηνιφγνη θαη νη κεραληθνί απνζπνχλ ηηο ηδέεο απφ ηε θχζε, ζπλάγνπλ ηηο ιεηηνπξγηθέο αξρέο, θαη δεκηνπξγνχλ κία ηξνπνπνηεκέλε θαη θαηάιιειε ηερληθή ιχζε. Σφηε, νη κεραληθνί πξέπεη λα αλαδεηήζνπλ γηα κία θαηάιιειε κεηάθξαζε ζε ηερληθέο κε θαηάιιειεο παξαγσγηθέο κεζφδνπο θαη πιηθά. Απηή ε ζηξαηεγηθή είλαη επίζεο ρξήζηκε γηα ηε βειηίσζε ήδε ππαξρφλησλ βηνκηκεηηθψλ ηερληθψλ ιχζεσλ. Απφ ηελ άιιε, γηα ηελ πξνζέγγηζε bottom-up, νη βηνιφγνη αξρηθά θάλνπλ ζεκειηψδε έξεπλα ζηηο δνκέο ηεο θχζεο, ηηο δηαδηθαζίεο θαη ζηα ιεηηνπξγηθά κνληέια ησλ δηαθφξσλ ιεηηνπξγηψλ. ηε ζπλέρεηα, λέεο αξρέο αλαθαιχπηνληαη θαη αλαιχνληαη, ζηε ζπλέρεηα επηθνηλσλνχλ κε ηνπο κεραληθνχο, θαη νη δχν νκάδεο ζπλεξγάδνληαη ψζηε λα απνζπάζνπλ θαη λα κεηαθέξνπλ λέεο ηδέεο ζε ηερληθέο ιχζεηο. [1] 3.Βιομιμητική και Σεχνητά Τφάςματα 3.1.Δθαξκνγή ηεο λαλνηερλνινγίαο ζηα πθάζκαηα Δηζαγσγή Η βηνκηκεηηθή ζηεξίρηεθε ζηελ αλάπηπμε ηεο λαλνηερλνινγίαο γηα ηελ επίηεπμε έμππλσλ πθαζκάησλ θαη έμππλσλ πιηθψλ γεληθφηεξα. Η λαλνηερλνινγία παξέρεη πςειή αληνρή ζηα πθάζκαηα ιφγσ ηνπ κεγάινπ ιφγνπ επηθάλεηαο πξνο φγθν ησλ λαλνζσκαηηδίσλ θαη πςειή επηθαλεηαθή ελέξγεηα, επνκέλσο παξνπζηάδνπλ θαιχηεξε ζπλάθεηα πνπ νδεγεί ζηελ αχμεζε αληνρήο. Δπηπιένλ, ε επηθάιπςε κε ζηξψκα λαλνζσκαηηδίσλ ζηα πθάζκαηα δελ επεξεάδεη ηελ πθή ηνπο ή ηελ δηαπεξαηφηεηά ηνπο. Οη ηδηφηεηεο πνπ πξνζδίδνληαη ιφγσ λαλνζσκαηηδίσλ ζηα πθάζκαηα είλαη ε απψζεζε ηνπ λεξνχ, ε επηθαλεηαθή αληίζηαζε, ε αληίζηαζε ζην ηζαιάθσκα, ε αληηβαθηεξηδηαθή, αληηζηαηηθή θαη ε πξνζηαζία απφ ηελ ππεξηψδε αθηηλνβνιία, ε επηβξάδπλζε ηεο επθιεθηφηεηαο, ε βειηίσζε ηεο βαθήο θηι[3] [4] Υθάζκαηα Υςειήο Λεηηνπξγηθόηεηαο: «Έμππλα» Τερλεηά Υθάζκαηα θαη «Έμππλα» Δλδύκαηα Σα πθάζκαηα δελ είλαη πιένλ απιά κέζα ξνπρηζκνχ, επέλδπζεο ή άιιεο παξφκνηαο ρξήζεο. Σα επνλνκαδφκελα «έμππλα» πθάζκαηα κε πςειή ιεηηνπξγηθφηεηα θαηαθηνχλ ηηο αγνξέο. Οη λέεο ίλεο είλαη δπλαηφηεξεο, αλζεθηηθέο ζε ρεκηθά θαη ζε θσηηά, ειεθηξηθά αγψγηκεο ή ξπζκηδφκελα βηνδηαζπψκελεο. Με ηε ρξήζε ηλψλ πςειήο ηερλνινγίαο, ηα ζεκεξηλά πθάζκαηα ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηνλ έιεγρν ηεο πεξηβαιινληνινγηθήο κφιπλζεο ή γηα ηελ πξνζηαζία εκθπηεπκάησλ (Milwich and Mueller, 2005). Δπηπιένλ, αζιεηηθά ζαθάθηα snowboard κπνξνχλ λα αλαπαξάγνπλ κνπζηθά αξρεία mp3 θαη έρνπλ ελζσκαησκέλνπο πνκπνχο GPS (Stollbrock, 2005). Σα ιεγφκελα «ζθεπηφκελα» ή «έμππλα» ραιηά έρνπλ ελζσκαησκέλνπο αηζζεηήξεο νη νπνίνη ελεξγνπνηνχλ εθεδξηθφ θσηηζκφ θαη εληνπίδνπλ ηε ζεξκφηεηα ηεο θσηηάο, θαινχλ ηε λνζειεχηξηα ζε πεξίπησζε πνπ ν αζζελήο πέζεη θαη παξακείλεη ζην έδαθνο, θαη εληνπίδνπλ ην βεκαηηζκφ ελφο εηζβνιέα (Lauterbach, 2005). Κνηλφ παξάδεηγκα έξεπλαο είλαη ε ελζσκάησζε ιεηηνπξγηψλ πνπ πξνηηκεηέα ελζσκαηψλνληαη ζηελ ίλα ή ην χθαζκα φζν πην βαζηά γίλεηαη. Απηφ ζεκαίλεη φηη 4

6 νπνηαδήπνηε «έμππλε» ιεηηνπξγία δελ ζα πξέπεη λα είλαη άθακπηεο θαη αηρκεξήο κνξθήο πνπ ζα εμέρεη απφ ην χθαζκα ή ηηο ίλεο φπσο έλα μέλν ζψκα, αιιά πξέπεη λα είλαη φζν ην δπλαηφλ νκαιφ φπσο ην χθαζκα πνπ ην πεξηβάιιεη. Δπνκέλσο, ε έμππλε ιεηηνπξγία πξέπεη λα θαηαζθεπάδεηαη απφ εηδηθέο ίλεο. Με απηή ηε δηαπίζησζε, εξρφκαζηε πίζσ ζηηο δνκέο ηεο θχζεο, πνπ είλαη απαιέο, ειαζηηθέο θαη πξνζαξκνζηηθέο. Έλα θαιφ παξάδεηγκα γηα ηελ θαιή ελζσκάησζε κηαο έμππλεο ιεηηνπξγίαο είλαη ην Baby Body Clothing, πνπ αλαπηχρζεθε απφ ηελ ITV Denkendorf (Linti and Horter, 2005). Υσξίο ζθιεξέο αθκέο ή επηθάλεηεο, θαηαγξάθεη ηηο θηλήζεηο ηνπ ζψκαηνο ηνπ λενγλνχ θαη θαιεί πξνο βνήζεηα αλ ε αλαπλνή ή νη ρηχπνη ηεο θαξδηάο δελ είλαη ζηαζεξνί (εηθφλα 1). Δηθόλα 1: ITV Denkendorf Baby Body Clothing, πνπ θαηαγξάθεη ηηο θηλήζεηο ηνπ λενγλνύ. Με ηε ρξήζε ηζρπξψλ θαη εηδηθά αλαπηπγκέλσλ ηλψλ φπσο γπαιηνχ, άλζξαθα ή aramid (αξσκαηηθή πνιπακίδε) θαη ηελ ελζσκάησζή ηνπο ζε πιέγκαηα πνιπκεξψλ ή θεξακηθψλ, έρνπλ επεμεξγαζηεί πνιχ ηζρπξά θαη ειαθξά ζπλζεηηθά πιηθά. Σν πιενλέθηεκα ηεο ρξήζεο ηλσδψλ ειαζηηθψλ πιηθψλ είλαη φηη κπνξνχλ λα ηνπνζεηεζνχλ αθξηβψο ζηελ θαηεχζπλζε επζέσλ γξακκψλ κηαο δνκήο. Ιλψδε πιηθά κπνξνχκε λα ζπλαληήζνπκε ζε αεξνζθάθε, δηαζηεκηθά ζθάθε ή ζε αγσληζηηθά απηνθίλεηα. Ο ακεξηθαλφο αξρηηέθηνλαο Peter Testa έρεη πξνηείλεη ηελ θαηαζθεπή νπξαλνμχζηε απφ παρηά ειηθνεηδή λήκαηα απφ αλζξαθνλήκαηα, δηεπζεηεκέλα ζε πιέγκα ελψ ηα θελά πνπ δεκηνπξγνχληαη κεηαμχ ησλ λεκάησλ ζπκπιεξψλνληαη κε γπάιηλεο πιάθεο Τν θαηλόκελν ηνπ ισηνύ Οη απηφ-θαζαξηδφκελεο ππεξ-πδξνθνβηθέο κηθξν ή λάλν-δνκεκέλεο επηθάλεηεο παξαηεξήζεθαλ σο ηδηφηεηεο θάπνησλ θπηψλ, αλάκεζά ηνπο ην nasturtiums (Tropaeolum sp.). Σν 1975, ν εξεπλεηήο Wilhelm Barthlott απφ ην παλεπηζηήκην ηνπ Heidelberg, απνζαθήληζε ην θαηλφκελν. Μφιηο ζηηο αξρέο ηνπ 1990 ήηαλ εθηθηή ε ηερληθή επίηεπμε απηνχ ηνπ θπζηθνρεκηθνχ θαηλνκέλνπ απφ ηνλ ίδην θαη ηνλ ζπλεξγάηε ηνπ, Christoph Neinhuis. Ο Barthlott εθεχξε ην εκπνξηθφ φλνκα Lotus Effect γηα ηα παηεληαξηζκέλα πξντφληα απηνθαζαξηζκνχ θαη ην θαηνρχξσζε ην Καηά ηε δηάξθεηα ρηιηάδσλ εηψλ εμέιημεο, ε θχζε αλέπηπμε επηθάλεηεο ην ηδαληθφ παξάδεηγκα είλαη ηα θχιια ηνπ ισηνχ (Nelumbo nucifera) φπνπ κέζσ πνιχπινθσλ κηθξν ή λάλν-δνκεκέλσλ δνκψλ απσζνχλ ηα ζσκαηίδηα ζθφλεο. Λακβάλνληαη ππφςηλ θαη νη επηθάλεηεο πνπ ιφγσ ηεο ρεκείαο ηνπο είλαη πδξνθνβηθέο. Γηα ηηο ηδηφηεηεο απηέο βέβαηα δελ επζχλεηαη κφλν ε ρεκεία, αιιά γεληθά ε κίθξν ή λάλν δνκή: ζηελ ηδαληθή πεξίπησζε απνηειείηαη απφ ζπκπαγή δνκή (5-10κm ζε δηάκεηξν) θαη κία ιεπηνθπή δνκή (10nm-5κm) δηαζηξσκέλε ζηελ επηθάλεηα (εηθφλα 2). 5

7 Δηθόλα 2: Απεηθόληζε ηνπ θύιινπ ηνπ ισηνύ θαη εηθόλα SEM ηεο επηθάλεηάο ηνπ. Η ζχκθπζε ησλ ζσκαηηδίσλ ζε ηέηνηεο επηθάλεηεο είλαη ειάρηζηε γηαηί αθνπκπνχλ κφλν ηηο άθξεο ηεο δνκήο. Ξεπιέλνληαη απφ ηηο ζηαγφλεο λεξνχ πνπ ελαπνηίζεληαη ζην θχιιν θαζψο θπινχλ επάλσ ηνπ. Ωο απνηέιεζκα, νη επηθάλεηεο κέλνπλ ζηεγλέο αθφκε θαη κεηά απφ κεγάιε πνζφηεηα λεξνχ. Δπηπιένλ, ηα ζηαγνλίδηα παξαζέξλνπλ κηθξά ζσκαηίδηα ζθφλεο θαη έηζη ηα θχιια ηνπ ισηνχ παξακέλνπλ θαζαξά θαη ζηεγλά θαη θαηά ηε δηάξθεηα ειαθξηάο βξνρήο. Η ηερληθή έθθξαζε απηψλ ησλ βαζηθψλ ηδεψλ έρεη παηεληαξηζηεί, θαη ε επηθάλεηα πνπ πξνέθπςε δίλεηαη ζηελ εηθφλα 3. Δηθόλα 3: Δηθόλα SEM επηθάλεηαο πθάζκαηνο βαζηζκέλε ζην θαηλόκελν ηνπ ισηνύ Η ειβεηηθή εηαηξεία πθαζκάησλ Schoeller αλέπηπμε ην NanoSphere ψζηε λα δεκηνπξγήζεη πδξνθνβηθά πθάζκαηα. Η δηαδηθαζία εκπνηηζκνχ κε NanoSphere πεξηιακβάλεη κία ηξηζδηάζηαηε δνκή επηθάλεηαο κε πξφζζεηα δειαηνεηδή (gel-forming) πνπ απσζνχλ ην λεξφ θαη απνηξέπνπλ ηα ζσκαηίδηα ζθφλεο λα ζπγθξαηνχληαη κεηαμχ ηνπο. Ο κεραληζκφο είλαη φκνηνο κε ην θαηλφκελν ηνπ ισηνχ πνπ ζπκβαίλεη ζηε θχζε, φπνπ νη ζηαγφλεο λεξνχ πξνζθνιιψληαη ζηελ επηθάλεηα ηνπ θχιινπ (εηθφλα 4a) θαη θπινχλ ζηελ επηθάλεηα ησλ θχιισλ ηνπ ισηνχ (εηθφλα 4b). Δηθόλα 4: Μνληέιν δξάζεο ηεο NanoSphere ζηα πθάζκαηα: (a) ε ζηαγόλα λεξνύ θπιά ζηελ επηθάλεηα ελόο νπνηνπδήπνηε θπηνύ, (b) ε ζηαγόλα λεξνύ θπιά ζηελ επηθάλεηα ηνπ ισηνύ. 6

8 Απφ ηελ άιιε, κία πδξνθνβηθή ηδηφηεηα κπνξεί λα πξνζδνζεί ζε βακβαθεξφ χθαζκα κέζσ επηθάιπςήο ηνπ κε ιεπηφ λαλνζσκαηηδηαθνχ πιάζκαηνο θηικ. Η ερεηηθή ζπρλφηεηα πιάζκαηνο κεξηθψλ εηδψλ ρεκηθψλ απφ θζνξηνχρν άλζξαθα (fluorocarbon) ρξεζηκνπνηήζεθε γηα ηελ απφζεζε λαλνζσκαηηδηαθνχ πδξνθνβηθνχ θηικ ζηελ επηθάλεηα βακβαθεξνχ πθάζκαηνο γηα ηε βειηίσζε ηεο απψζεζεο λεξνχ. Η ππεξ-πδξνθνβηθφηεηα απνθηήζεθε ιφγσ ηεο ηξαρχηεηαο ηεο επηθάλεηαο ηνπ πθάζκαηνο ρσξίο λα επεξεαζηεί ε απαιφηεηα θαη ε αληίζηαζε ηξηβήο ηνπ πθάζκαηνο. Η εηθφλα 5 παξνπζηάδεη ηελ ζπκπεξηθνξά απψζεζεο ηνπ λεξνχ ελφο επεμεξγαζκέλνπ πθάζκαηνο ζε ζχγθξηζε κε απηήλ ηνπ ισηνχ ελψ ε εηθφλα 6 ηε δηαθνξά κεηαμχ ελφο επεμεξγαζκέλνπ θαη ελφο κε-επεμεξγαζκέλνπ πθάζκαηνο[5]. (a) (b) Δηθόλα 5: ηαγόλα λεξνύ πάλσ ζε επεμεξγαζκέλν ύθαζκα (a), ηαγόλα λεξνύ ζηελ επηθάλεηα θύιινπ ισηνύ (b). Δηθόλα 6: Σν απεηθνληδόκελν ύθαζκα ζηα δεμηά ηεο εηθόλαο είλαη πδξνθνβηθό ελώ ην ύθαζκα ζηα αξηζηεξά ηεο εηθόλαο δελ έρεη ππνζηεί επεμεξγαζία θαη απνξξνθά ην λεξό Υθάζκαηα εκπλεπζκέλα από ηε δηαπλνή ησλ θπηώλ-neoprene Οη αζιεηηθνί εθπαηδεπηέο ζεξαπεχνπλ ηηο δηαηάζεηο ησλ κπψλ, ηα δηαζηξέκκαηα θαη ηηο θαθψζεηο κε κεζφδνπο αχμεζεο ηεο ζεξκφηεηαο ησλ ηζηψλ. Η Neoprene είλαη έλα πςειήο απφδνζεο χθαζκα θαηαζθεπαζκέλν απφ ειαθξηά, ππεξ-ιεπηή θαη κε-πνξψδε κεκβξάλε πνιπεζηέξα πνπ είλαη αδηάβξνρε θαη κε κεγάιε ηθαλφηεηα «αλαπλνήο». Παξνπζηάδεη πςειή εθειθπζηηθή αληνρή θαη ειαζηηθφηεηα, πξνζθέξνληαο ζεκαληηθά πιενλεθηήκαηα έλαληη ησλ αθξψλ, θαζηζηψληαο ηελ ηδαληθή γηα εθαξκνγέο φπνπ νη θηλήζεηο ηνπ ζψκαηνο πξέπεη λα είλαη απαξεκπφδηζηεο. Η παηεληαξηζκέλε κνξθή ηνπ έρεη ην εκπνξηθφ φλνκα Stomatex[6] θαη είλαη εκπλεπζκέλν απφ ηε δηαπλνή ζηα θχιια ησλ θπηψλ. ηνπο αζιεηέο πξνηείλεηαη ε ρξήζε κεξνθλεκηθψλ λαξζήθσλ απφ neoprene θαηά ηελ πξνπφλεζε, ψζηε λα παξέρεηαη ζεξκφηεηα ζηνπο κχεο[7], λα επηηξέπεη ζηνπο ηζηνχο λα ρεηξίδνληαη θαιχηεξα ηηο απαηηήζεηο ηνπ κπ θαηά ηελ άζθεζε[8] θαη λα κεηψλεη ηελ πηζαλφηεηα ηξαπκαηηζκνχ[9], [10]. Η άζθεζε πξνθαιεί ζην δέξκα θαη ζηνπο κχεο αχμεζε ζεξκνθξαζίαο απφ κφλε ηεο[10],[11], [12], [15], [16]. Καζψο νη ελδνκπτθέο ζεξκνθξαζίεο απμάλνπλ, ε εθηαηφηεηα απμάλεη ελψ ε πηζαλφηεηα ηξαπκαηηζκνχ κεηψλεηαη. Η ζεξκφηεηα πξνθαιείηαη απφ ην ζψκα θαζψο ε ξνή αίκαηνο απμάλεη θαη ν ηδξψηαο εμαηκίδεηαη. Λφγσ ηεο εμάηκηζεο ηνπ θπξίνπ ζπζηήκαηνο ςχμεο ηνπ ζψκαηνο, είλαη ινγηθφ φηη ν κεξνθλεκηθφο λάξζεθαο neoprene ή 7

9 άιινπ κνλσηηθνχ πιηθνχ παξεκπνδίδεη ηελ εμάηκηζε θαη πξνσζεί ηε δηαηήξεζε ζεξκφηεηαο[18]. Η ρξήζε κεξνθλεκηθνχ λάξζεθα φπσο κειεηήζεθε απφ ηνπο Alison A. Miller et. al. ζπλάγεη ζε πςειφηεξεο ζεξκνθξαζίεο δέξκαηνο θαη γηα ηα δχν θχια (ζειπθφ θαη αξζεληθφ) γηα ηξεηο δηάθνξεο εληάζεηο άζθεζεο: κεδακηλή άζθεζε, έληνλε άζθεζε (50% ή 70% πνδήιαην), άζθεζε ζε δηάθνξεο θάζεηο (άζθεζε θαη πξνζέξκαλζε). Η ρξήζε neoprene ζην πφδη αλέβαζε ηε ζεξκνθξαζία θαηά 1 ν C πςειφηεξα θαηά ηελ ειάρηζηε άζθεζε, θαηά 2 ν C θαηά ηελ άζθεζε έληαζεο 50% θαη θαηά 3 ν C ζηελ έληνλε άζθεζε (70%). Η ελδνκπτθή ζεξκνθξαζία αληαπνθξίζεθε δηαθνξεηηθά ζηνπο άλδξεο απ φηη ζηηο γπλαίθεο πνπ θνξνχζαλ κεξνθλεκηθνχο λάξζεθεο neoprene. Αχμεζε ζεξκνθξαζίαο ζηηο γπλαίθεο ππήξμε γηα φιεο ζρεδφλ ηηο θάζεηο ηεο άζθεζεο εθηφο απφ ηελ πεληάιεπηε θάζε ηεο πξνζέξκαλζεο ελψ ζηνπο άλδξεο δελ ππήξρε θάπνηα ζεκαληηθή δηαθνξά θαηά ηελ ειάρηζηε άζθεζε. Η ελδνκπτθή ζεξκνθξαζία ήηαλ θαηά κέζν φξν 0.7 ν C πςειφηεξε κε ηε ρξήζε κεξνθλεκηθνχ λάξζεθα ζηελ άζθεζε έληαζεο 50% θαη πεξίπνπ 1 ν C θαηά ηελ άζθεζε έληαζεο 70%[19]. Γηάγξακκα 1: Θεξκνθξαζία δέξκαηνο γπλαηθώλ γηα δηάθνξα είδε άζθεζεο (δίλνληαη ζην ππόκλεκα) θαη δηαθνξεηηθήο έληαζεο (50% ή 70%). Γηάγξακκα 2: Θεξκνθξαζία δέξκαηνο αλδξώλ γηα δηάθνξα είδε άζθεζεο (δίλνληαη ζην ππόκλεκα) θαη δηαθνξεηηθήο έληαζεο (50% ή 70%). Η ρξήζε κεξνθλεκηθνχ λάξζεθα απφ neoprene θαηά ηελ έληνλε άζθεζε δελ παξέρεη ηφζν πςειή ζεξκνθξαζία φπσο ζηελ πεξίπησζε ζεξαπεπηηθήο δηαδηθαζίαο, αιιά ηα απνηειέζκαηα ηεο ζέξκαλζεο δηαξθνχλ πεξηζζφηεξν θαζψο ε ζεξκφηεηα δελ δηαθεχγεη εχθνια απφ ηνλ λάξζεθα. Η κειέηε έδεημε φηη νη ελδνκπτθέο ζεξκνθξαζίεο παξέκεηλαλ πςειέο γηα 8

10 ηνπιάρηζηνλ 30 ιεπηά θαηά ηελ πξνζέξκαλζε ηνπ αζιεηή κε ηε ρξήζε ηνπ λάξζεθα θαη γηα 15 ιεπηά κεηά ηελ άζθεζε ελψ απμάλεη ηε ζεξκνθξαζία ηνπ δέξκαηνο θαηά ηε δηάξθεηα θαη κεηά ην ηέινο ηεο άζθεζεο. Σν γεγνλφο απηφ θαίλεηαη λα είλαη ρξήζηκν ηδηαίηεξα ζε αζιεηέο πνπ ην είδνο ηεο άζιεζήο ηνπο απαηηεί πεξηφδνπο κεδεληθήο άζθεζεο ζε ελαιιαγή κε πεξηφδνπο έληνλεο άζθεζεο γηα ηελ απνθπγή ηξαπκαηηζκψλ (πρ. Αζιεηέο θαιαζνζθαίξηζεο πνπ πξέπεη λα θαζίζνπλ ζηνλ πάγθν κεηά απφ ηε ζπκκεηνρή ηνπο ζηνλ αγψλα) Υθάζκαηα βαζηζκέλα ζην δέξκα θαξραξία Σν δέξκα θαξραξία είλαη πνιχ ζθιεξφ πιηθφ, ζηελ πξαγκαηηθφηεηα ηφζν ζθιεξφ πνπ ην ζηεγλφ δέξκα θαξραξία κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί σο γπαιφραξην. Δίλαη θαιπκκέλν κε κηθξά θνκκάηηα ζε ζρήκα V (εηθφλα 7) πνπ ην πιηθφ ηνπο είλαη ίδην κε απηφ ησλ δνληηψλ ηνπ θαξραξία. Η ζθιεξή επηθάλεηα κεηψλεη ηελ ηξηβή πνπ δεκηνπξγείηαη φηαλ ν θαξραξίαο θνιπκπά κέζα ζην λεξφ, γεγνλφο πνπ εμεγεί γηαηί απηά ηα δψα είλαη εθπιεθηηθά αηθληδηαζηηθνί θνιπκβεηέο. Έλα επηπιένλ ραξαθηεξηζηηθφ ηεο επηθάλεηαο ηνπ δέξκαηνο ηνπ θαξραξία είλαη φηη αληηζηέθεηαη ζηελ πξνζθφιιεζε αληηθεηκέλσλ ζε απηφ αθφκε θαη φηαλ ε θίλεζή ηνπ είλαη αξγή. Η εηαηξεία Sharklet Technologies έρεη δεκηνπξγήζεη κία επηθάιπςε (Sharklet Hygienic Surface) πνπ πξνζαξκφδεηαη ζε δηάθνξεο επηθάλεηεο θαη βαζίδεηαη ζε απηή ηελ ηδηφηεηα ηνπ δέξκαηνο ηνπ θαξραξία. Η επηθάλεηα αληηζηέθεηαη ζηελ αλάπηπμε νξγαληζκψλ πάλσ ηεο, φπσο βαθηήξηα θαη βξίζθεη εθαξκνγή θπξίσο ζε λνζνθνκεία γηα ηε κείσζε κεηάδνζεο αζζελεηψλ θαη πξνζαξκφδεηαη ζηηο ξφδεο ησλ θξεβαηηψλ, ζηα θνπκπηά, ζηηο ρεηξνπξγηθέο νζφλεο, ζηνπο θαζεηήξεο θ.ά. Σν θαηλφκελν νθείιεηαη ζηε δνκή ηεο επηθάλεηαο πνπ αθνινπζεί ην πξφηππν ηνπ δέξκαηνο ηνπ θαξραξία θαη φρη ζηε ρεκηθή ηεο ζχζηαζε. ηελ εηθφλα 8 παξνπζηάδεηαη ην απνηέιεζκα ηεο αλάπηπμεο βαθηεξηδίσλ ζε απιή θαη ζε επεμεξγαζκέλε επηθάλεηα. Δηθόλα 7: Γνκή δέξκαηνο θαξραξία. Δηθόλα 8: Η απιή επηθάλεηα (ζηα αξηζηεξά) κεηά από 14 κέξεο θαιύπηεηαη από βαθηήξηα ζε αληίζεζε κε ηελ επεμεξγαζκέλε επηθάλεηα Sharklet πνπ είλαη νπηηθά ειεύζεξε από βαθηήξηα. [ Σα πθάζκαηα πνπ βαζίδνληαη ζην κνληέιν ηνπ δέξκαηνο ηνπ θαξραξία είλαη ζρεδηαζκέλα λα κεηψλνπλ ηελ βξαδχηεηα πνπ δεκηνπξγείηαη θαηά ηελ εηζρψξεζε ηνπ λεξνχ θαηά κήθνο ησλ απιαθψζεσλ ηνπ πθάζκαηνο. Απηέο νη απιαθψζεηο επηηξέπνπλ ζην λεξφ λα θηλνχληαη ζπεηξνεηδψο ζε κηθξνζθνπηθνχο ζηξνβίινπο. Μεηά ηε κειέηε ηνπ δέξκαηνο ηνπ θαξραξία, ε NASA θαηλνηφκεζε ζηε ρξήζε ξαβδψζεσλ αλάινγεο πξνο ηελ επηθάλεηα, γηα ηε κείσζε ηεο βξαδχηεηαο ζε επίπεδεο 9

11 επηθάλεηεο πινίσλ θαη αεξνζθαθψλ. Οη ξαβδψζεηο ρξεζηκνπνηήζεθαλ επηηπρψο γηα ηε κείσζε βξαδχηεηαο ζην Ακεξηθάληθν Κχπειιν αγψλσλ γηση θαη πξνζέθεξαλ ηέηνην πιενλέθηεκα ψζηε λα απνθιεηζηνχλ απφ ηνλ δηαγσληζκφ. Φπζηθά ην δέξκα ηνπ θαξραξία είλαη πνιχ πεξηζζφηεξν πνιχπινθν απ φηη νη δηακήθεηο ξαβδψζεηο. Η εηαηξεία Speedo αλέπηπμε ζηνιή θνιχκβεζεο αγψλσλ ε νπνία βαζίδεηαη ζην θαηλφκελν ηνπ δέξκαηνο ηνπ θαξραξία. Σν απνηέιεζκα ήηαλ εμαηξεηηθφ: ζηνπο Οιπκπηαθνχο αγψλεο ηνπ ίδλευ 27 απφ ηα 33 ρξπζά κεηάιιηα ζηελ θνιχκβεζε θεξδίζζεθαλ απφ αζιεηέο πνπ θνξνχζαλ ηε λέα ζηνιή. πγθεθξηκέλα, ην κνληέιν πνπ ρξεζηκνπνίεζαλ νη κεραληθή ηεο Speedo απνθάιπςε φηη ε ηξηβή πνπ είλαη ππεχζπλε γηα ηε βξαδχηεηα ζηελ θνιχκβεζε απνηειεί ην 29% ηεο ζπλνιηθήο βξαδχηεηαο. Γεκηνπξγψληαο δηάθνξα πθάζκαηα φκνηα ηεο πθήο ηνπ δέξκαηνο θαξραξία, ην λεξφ πεξλά πάλσ απφ ηηο απιαθψζεηο ηνπ πιηθνχ θαη απνθεχγεη ηηο θνηιάδεο πνπ πξνθαινχλ βξαδχηεηα. Η πίεζε είλαη άιινο έλαο παξάγνληαο πνπ πξνθαιεί βξαδχηεηα πνπ κεηψλεηαη κε ηελ ηνπνζέηεζε «εκπνδίσλ» απφ θανπηζνχθ ζην ζηήζνο. Δπηπιένλ, ε Speedo πξφζζεζε ζηξψκαηα titanium-silicon πνπ βνεζνχλ ηνλ αζιεηή θαηά ηηο απισηέο. Σν απνηέιεζκα φισλ απηψλ είλαη ε κείσζε ηεο βξαδχηεηαο θαηά 3,5% [20]. Οη N Benjanuvatra et. al. απφ ην Παλεπηζηήκην ηεο Western Australia πξαγκαηνπνίεζαλ κεηξήζεηο γηα ηε ζχγθξηζε κίαο ζπκβαηηθήο ζηνιήο θνιχκβεζεο κε ηελ Fastskin, ζε ελλέα αζιεηέο (5 άλδξεο θαη 4 γπλαίθεο). Αξρηθά δπγίζηεθαλ ζε πδξνζηαηηθή δεμακελή πνπ βπζίζηεθε ζηελ πηζίλα ζε 0.4m βάζνο θαη κε ηαρχηεηεο 1.6, 2.2 θαη 2.8m/s. Οη αζιεηέο εθηέιεζαλ έλα ηέλησκα ηνπ θνξκηνχ θαη έλα δπλαηφ δειθηληζκφ ζε θάζε ηαρχηεηα θαη βάζνο. Οη δηαθνξέο ηνπ πδξνζηαηηθνχ βάξνπο κεηαμχ ηεο ζπκβαηηθήο θαη ηεο ζηνιήο Fastskin δελ ήηαλ ζεκαληηθέο. Οη ηηκέο ηεο παζεηηθήο δχλακεο αληίζηαζεο ζην Fastskin ήηαλ ζεκαληηθά ρακειφηεξεο απφ ηηο απιέο ζηνιέο θνιχκβεζεο θαηά ηελ θνιχκβεζε ζηελ επηθάλεηα ζηηο ηαρχηεηεο 1.6 θαη 2.8m/s θαη γηα θνιχκβεζε ζηα 0.4m βάζνο ήηαλ ρακειφηεξεο ζε ηαρχηεηεο ησλ 1.6, 2.2 θαη 2.8m/s. Οη ηηκέο θαζαξήο ελεξγεηηθήο δχλακεο αληίζηαζεο ήηαλ επίζεο ρακειφηεξεο γηα ην Fastskin θαη ππήξμε ζεκαληηθή δηαθνξά γηα θνιχκβεζε ζηελ επηθάλεηα θαη ζηηο ηξεηο ηαρχηεηεο. Οη νιφζσκεο ζηνιέο Fastskin δεκηνχξγεζαλ ζχκθσλα κε ηα απνηειέζκαηα- ιηγφηεξε νιηθή πδξνδπλακηθή αληίζηαζε απφ ηηο απιέο ζηνιέο θνιχκβεζεο παξφιν πνπ δελ παξείραλ πξφζζεηα απνηειέζκαηα άλσζεο[12]. Πίνακας 1 10

12 3.1.6.Υθάζκαηα κε κόλσζε Τν θαηλόκελν ηνπ θνπθνπλαξηνύ Σα θνπθνπλάξηα απνηεινχλ πεγή έκπλεπζεο γηα έμππλα πθάζκαηα πνπ πξνζαξκφδνληαη ζηηο κεηαβνιέο ηεο ζεξκνθξαζίαο. Καζψο θξέκνληαη απφ ην δέληξν είλαη θιεηζηά θαη ζηαζεξνπνηεκέλα, αιιά θαηά ηελ πηψζε ηνπο ζην έδαθνο, αλνίγνπλ κε ζθνπφ λα απειεπζεξψζνπλ ηνπο ζπφξνπο ηνπο. Απηφ ζπκβαίλεη επεηδή νη θνιίδεο ηνπ θνπθνπλαξηνχ απνηεινχληαη απφ ζηξψκαηα δχν πιηθψλ πνπ αληηδξνχλ δηαθνξεηηθά ζηελ πγξαζία. Καηά ηελ μεξαζία, ην εζσηεξηθφ ηνπο δηαζηέιιεηαη πεξηζζφηεξν απ φηη ην εμσηεξηθφ κέξνο, πξνθαιψληαο ηηο θνιίδεο λα ιπγίδνπλ πξνο ηα έμσ. Αληίζεηε είλαη ε ζπκπεξηθνξά θαηά ηελ πγξαζία. Δηθόλα 9: Οη δύν εηθόλεο παξνπζηάδνπλ ηε κνξθή ηνπ θνπθνπλαξηνύ ζε ζπλζήθεο πγξαζίαο (αξηζηεξή εηθόλα) θαη ζε ζπλζήθεο μεξαζίαο (δεμηά εηθόλα). Δλψ νη ίλεο ησλ ζπκβαηηθψλ πθαζκάησλ ζε ζπλζήθεο πγξαζίαο δηαζηέιινληαη κεηψλνληαο ην πνξψδεο ηνπ πθάζκαηνο, ην χθαζκα πνπ βαζίδεηαη ζην θαηλφκελν ηνπ θνπθνπλαξηνχ ιεηηνπξγεί αθξηβψο κε ηνλ αληίζεην ηξφπν: θαζψο απνξξνθά ηελ πγξαζία ην χθαζκα γίλεηαη πνξψδεο ελψ ζε ζπλζήθεο μεξαζίαο ε δνκή ηνπ αλνίγεη κεηψλνληαο ηελ δηαπεξαηφηεηα ηνπ πθάζκαηνο ζηνλ αέξα θαη ηαπηφρξνλα απμάλεη ηηο κνλσηηθέο ηνπ ηδηφηεηεο. Σν θαηλφκελν απηφ βξήθε εθαξκνγή ζηε δεκηνπξγία πνιπζηξσκαηηθνχ πθάζκαηνο κε πιήζνο κηθξψλ «πηεξπγίσλ» -πιάηνπο 1/200 ηνπ ρηιηνζηνχ- ηα νπνία απηφκαηα αλνίγνπλ θαηά ηελ εθίδξσζε ηνπ αηφκνπ. Όηαλ ην δέξκα επαλέιζεη ζηα θπζηνινγηθά επίπεδα πγξαζίαο θαη ε ζεξκνθξαζία πέζεη, ηα πηεξχγηα ζα θιείζνπλ μαλά. Δηθόλα 10: Μεγέζπλζε ησλ πηεξπγίσλ ηνπ έμππλνπ πθάζκαηνο Έλα δεχηεξν αδηάβξνρν ζηξψκα παξεκπνδίδεη ηελ είζνδν βξνρήο ή πγξαζίαο λα πεξάζεη ζην δέξκα. [13] Θεξκνκόλσζε Έκπλεπζε από ηα θηεξά ησλ πηγθνπίλσλ Σα θηεξά ρξεζηκνπνηνχληαη πνιχ θαηξφ ηψξα σο απνηειεζκαηηθφ κνλσηηθφ πιηθφ σο απνηέιεζκα ηεο ηθαλφηεηάο ηνπο λα παγηδεχνπλ κεγάινπο φγθνπο αέξα. Παξφια απηά, θαζψο δηαβξέρνληαη, ζπζζσκαηψλνληαη θαη κεηψλνληαη νη κνλσηηθέο ηνπο ηθαλφηεηεο. Απφ ηελ άιιε, ζπλζεηηθά πιηθά ζηε ζέζε ησλ θηεξψλ κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ εηδηθά ζε ξνχρα αθξαίσλ θαηξηθψλ ζπλζεθψλ αθνχ ε ηθαλφηεηα κφλσζήο ηνπο δελ κεηψλεηαη θαηά ηε δηαβξνρή. Σα θηεξά ησλ πηγθνπίλσλ έρνπλ κία ηξηζδηάζηαηε δνκή Velcro πνπ ηα θαζηζηά άξηζηνπο κνλσηέο. Σα θηεξά ηνπο απνηεινχληαη απφ πιήζνο κηθξψλ «άγθηζηξσλ» φκνησλ κε απηψλ ηνπ Velcro. Σα «άγθηζηξα» βνεζνχλ ψζηε ηα θηεξά λα κε γιηζηξνχλ ην έλα ζε ζρέζε κε ην άιιν. Καζψο ζπκπηέδνληαη απφ ηελ πίεζε ηνπ λεξνχ, ιπγίδνπλ θαη επαλέξρνληαη ζην αξρηθφ ηνπο ζρήκα φπσο ηα ειαηήξηα αθνχ ν πηγθνπίλνο εμέιζεη απφ ην λεξφ. 11

13 Καηά ηελ θαηάδπζε, ν αέξαο πηέδεηαη έμσ απφ ηα θηεξά, ην θηέξσκα θαζηδάλεη θαη ν πηγθνπίλνο παίξλεη αεξνδπλακηθή κνξθή. Αληηζέησο, θαηά ηελ έμνδν απφ ην λεξφ, ην θηέξσκα δηνγθψλεηαη ακέζσο, αιιηψο δε ζα ήηαλ δπλαηή ε επηβίσζή ηνπ ζηηο ζεξκνθξαζίεο ησλ -20 ν C. [14] Δηθόλα 11: Φσηνγξαθία θηεξώλ πηγθνπίλνπ από SEM 4.Πλαςτικά Ενιςχυμένα με Ίνεσ Σα ζχλζεηα ηλψδε πιηθά είλαη θιαζηθφ παξάδεηγκα γηα ηελ παξνπζίαζε ηεο ιεηηνπξγηθφηεηαο ηεο θχζεο ζηελ ηερλνινγία. Πνιιέο αξρέο ησλ ζχλζεησλ έρνπλ ίδηεο ηδηφηεηεο κε απηέο ηεο θχζεο. Σα νζηά, ην ζηέιερνο ησλ θπηψλ θαη ην μχιν έρνπλ βειηηψζεη πνιχ ηε ρξήζε ησλ ηλψλ ζηηο ζσζηέο θαηεπζχλζεηο θαη εμνκνηψλνληαη ζε δηάθνξεο κεζφδνπο ρξήζεο πθαζκάησλ. Η βειηησκέλε κηθξνζθνπηθή δηάηαμε ησλ ηλψλ ζε βηνινγηθά πιηθά βξίζθεη ηελ επέθηαζή ηεο ζε κία βειηησκέλε καθξνζθνπηθή δνκή γηα κεηαθνξά θνξηίσλ. Η εηθφλα 12 παξνπζηάδεη ηε καθξνζθνπηθή ηλψδε δηάηαμε ηνπ ζηειέρνπο ελφο θάθηνπ, ην νπνίν δίλεη ην βηνκηκηηηθφ έλαπζκα γηα ηελ θαηαζθεπή ηνπ Rotex ξνκπνηηθνχ βξαρίνλα (θαηαζθεπάζηεθε απφ ηελ DLR, Γεξκαλία). Η εηθφλα 13 παξνπζηάδεη ηνλ ζψξαθα κίαο ιηβεινχιαο, ζηελ νπνία νη ζπφλδπινη είλαη βειηησκέλεο δνκέο σο πξνο ην βάξνο θαη καθξνζθνπηθά δηαηεηαγκέλεο ψζηε λα εμνηθνλνκνχλ ρψξν θαη βάξνο, ελψ ζπλδένληαη απφ έλα ιεπηφ ζηξψκα εμσηεξηθνχ δέξκαηνο. Δηθόλα 13: Ρνκπνηηθόο βξαρίνλαο πνπ θαηαζθεπάζηεθε ζύκθσλα κε ην κνληέιν ηνπ θάθηνπ (DLR) Δηθόλα 12: Απεηθόληζε ηνπ εμσζθειεηνύ (ζώξαθα) Μία επηηπρήο κεηαθνξά απφ βηνινγηθά πξφηππα ζε ηερληθέο εθαξκνγέο έγηλε απφ ηελ νκάδα ησλ R. Gordon, C. R. Chaplin, θαη G. Jeronimidis ζην Reading University ζηηο αξρέο ηνπ Παηεληάξηζαλ έλα δνκηθφ πίλαθα εκπλεπζκέλν απφ βηνινγηθφ ζχζηεκα κε πςειή δχλακε θαη αληνρή (Chaplin et al., 1983), βαζηζκέλν ζηηο μχιηλεο ππεξ-δνκέο (Gordon and Jeronimidis, 1980; Jeronimidis, 1980, 1991). Ο πξνζαλαηνιηζκφο ησλ ηλψλ ζε απηφ ην βηνκηκηηηθφ ζχζηεκα βαζίδεηαη ζηηο γσλίεο πνπ βξέζεθαλ ζηα κηθξνλεκάηηα ησλ μχιηλσλ ηξπρηείδσλ. 12

14 Σα ζχλζεηα πιηθά ρξεζηκνπνηνχληαη πιένλ επξέσο θαη αλαπηχζζνληαη δηαξθψο. Η έξεπλα ζηνρεχεη ζηε κείσζε ησλ θφζησλ παξαγσγήο, αλαπηχζζνληαο πεξηζζφηεξν εμεδεηεκέλεο κεζφδνπο γηα ηελ θαηαζθεπή απφιπηα ειαθξψλ δνκψλ, ή δεκηνπξγψληαο πςειφηεξε ιεηηνπξγηθφηεηα ελζσκαηψλνληαο φζν ην δπλαηφλ θαιχηεξα -φπσο πξναλαθέξζεθε- ην πιηθφ ζην χθαζκα ή ηελ ίλα. Παξαδείγκαηα ηέηνηα είλαη παζεηηθά, πξνζαξκνδφκελνπ ζρήκαηνο θηεξά γηα κέγηζηε ελεξγεηαθή απφδνζε ησλ θηεξψλ ησλ αεξνζθαθψλ, νη ελζσκαησκέλνη γπάιηλνη αηζζεηήξεο γηα έιεγρν βιάβεο ζε γέθπξεο ή αεξνζθάθε θαη ελεξγά, φπσο ε απφζβεζε δνλήζεσλ κε πηεδν-θεξακηθέο ίλεο (Monner, 2005). Γνκέο απφ εμαηξεηηθά ειαθξά πιηθά θαηαζθεπάδνληαη κε ηηο ιεγφκελεο βαζκσηέο ηερληθέο (gradient textile techniques). Όπσο ζηε θχζε, θάζε κεκνλσκέλε ίλα ηνπνζεηείηαη κέζα ζηε δνκή ζε δηεχζπλζε αλαγθαία γηα ηελ εμνπδεηέξσζε εμσηεξηθψλ δπλάκεσλ έηζη ψζηε λα κελ πξνζηίζεληαη επηπιένλ ίλεο ή βάξνο. Η εηθφλα 14 παξνπζηάδεη έλα εμαηξεηηθά ειαθξχ εληζρπκέλν πιαζηηθφ ξνκπνηηθφ βξαρίνλα απφ αλζξαθνλήκαηα ηεο γεξκαληθήο εηαηξείαο Kuka Roboter GmbH, πνπ παξάρζεθε απφ κία ηερληθή πνπ νλνκάδεηαη πξνζαξκνζηηθή ηνπνζέηεζε ηλψλ (tailored fiber placement). Απνηειεί κία κέζνδν ξαθήο, φπνπ ζε κία ειαθξψο ηξνπνπνηεκέλε ξαπηνκεραλή πθαζκάησλ, έσο θαη 10 θεθαιέο ηνπνζεηνχλ θάζε αλζξαθφλεκα δίπια ζην πξνεγνχκελν (εηθφλα 15). Δηθόλα 14: Ρνκπνηηθόο βξαρίνλαο από εμαηξεηηθά ειαθξύ εληζρπκέλν πιαζηηθό από αλζξαθνλήκαηα, θαηαζθεπαζκέλν κε ηε κέζνδν ηεο πξνζαξκνζηηθήο ηνπνζέηεζεο ηλώλ. Δηθόλα 15: Παξάδεηγκα πξνζαξκνζηηθήο ηνπνζέηεζεο ηλώλ. 5.Τλικά εμπνευςμένα από το μετάξι Σν κεηάμη, έλα είδνο ιεπηνθπνχο θαη ζπλάκα ηζρπξήο θαη ιακπεξήο ίλαο, απνηειείηαη απφ κία ζεηξά θπζηθψλ πνιπκεξψλ πνπ παξάγνληαη απφ δηάθνξα είδε θάκπησλ θαη αξαρλψλ. Η πεγή ηνπ εκπνξηθνχ κεηαμηνχ είλαη θπξίσο απφ ην θνπθνχιη ηνπ νηθφζηηνπ κεηαμνζθψιεθα (Bombyx mori). ήκεξα, ην κεηάμη θαη ε πξσηεΐλε απφ ηελ νπνία απνηειείηαη έρνπλ ιάβεη εμαηξεηηθήο πξνζνρήο σο έλα εμαηξεηηθφ είδνο βην-πιηθνχ. Έρεη κεγάιεο δπλαηφηεηεο ζε εθαξκνγέο ζην ηαηξηθφ πεδίν ιφγσ ηεο βηνζπκβαηφηεηάο ηνπ, θαη ησλ αμηνζεκείσησλ κεραληθψλ ηνπ ηδηνηήησλ. Πηζηεχεηαη φηη κέζσ βηνκηκεηηθψλ κεζφδσλ νη εξεπλεηέο ζα θαηαζθεπάζνπλ πςειήο πνηφηεηαο ηερλεηφ κεηάμη κε ηελ θαηαλφεζε ηνπ κεραληζκνχ θαη ησλ παξαγφλησλ πνπ ζπκπεξηιακβάλνληαη ζηε δηαδηθαζία. Παξφιν πνπ ην κεηάμη πνπ πξνθχπηεη απφ ηελ αξάρλε έρεη αλψηεξεο κεραληθέο ηδηφηεηεο, ηα πεξηζζφηεξα είδε αξαρλψλ πνπ είλαη θαηάιιεια γη απηφ δελ είλαη νηθφζηηα αιιά θαληβαιηζηηθά είδε, γεγνλφο πνπ θαζηζηά ηελ θαζεκεξηλή παξαγσγή κεηαμηνχ δχζθνιε θαη κε ρακειή απφδνζε. Φπζηθά, δελ είλαη θαζφινπ ξεαιηζηηθή ε παξαγσγή κεηαμηνχ απφ ηηο αξάρλεο ζε ζχγθξηζε κε απηή ηνπ κεηαμνζθψιεθα. Πξφζθαηα, ε γελεηηθή κεραληθή δηεμάγεη θισλνπνίεζε θαη αλαπαξάγεη ηελ πξσηεΐλε ηνπ κεηαμηνχ ηεο αξάρλεο ζε δηαθνξεηηθνχο μεληζηέο, φπσο ζηνλ θαπλφ, ηε καγηά θ.ά. Οη πξσηεΐλεο απηέο πεξηζηξάθεθαλ ζε ίλεο κε θαιέο κεραληθέο ηδηφηεηεο. Παξφια απηά, ην πςειφ θφζηνο παξαγσγήο θαη ε πνιππινθφηεηα ηεο δηαδηθαζίαο ηελ θαηέζηεζαλ αθαηάιιειε γηα ηελ εκπνξεπκαηνπνίεζε ηεο πξσηεΐλεο θαη ηελ επξεία ρξήζε ηεο. Ράκκαηα απφ κεηάμη ρξεζηκνπνηνχληαη γηα αηψλεο, θαη ε θηβξνΐλε (fibroin) ηνπ κεηαμηνχ εθαξκφδεηαη ζε απνθαηάζηαζε ηζηψλ. Ωο βηνυιηθφ, ε θηβξνΐλε είλαη βηνζπκβαηή θαη κε- 13

15 ηνμηθή, βηνινγηθά αδξαλήο θαη θαηέρεη κεξηθά πιενλεθηήκαηα φπσο πξναλαθέξζεθαλ. Πνιιά πιηθά βαζηζκέλα ζην κεηάμη έρνπλ εξεπλεζεί in vitro θαη in vivo ιφγσ ηεο παξαηεξνχκελεο κνξθνινγηθήο επθακςίαο θαη ηεο αλάγθεο γηα βηνζπκβαηά πιηθά γηα ηε ρξήζε ηνπο ζηε κεραληθή ησλ ηζηψλ, ησλ νζηψλ θαη ησλ ζπλδέζκσλ. Ο πίλαθαο 2 πεξηέρεη κία ιίζηα απφ πιηθά βαζηζκέλα ζην κεηάμη κε δηαθνξεηηθέο κνξθνινγίεο θαη γηα δηαθνξεηηθέο βηνεθαξκνγέο. Πίλαθαο 2 Μορφολογία Εφαρμογέσ Αναφορέσ Ίνεσ Ιζηφο ζπλδέζκσλ Altman et al. (2002); Chen et al. (2003); Moreau et al. (2005) Ιζηφο ηέλνληα Kardestuncer et al. (2006) Ίνεσ ςε ςχοινί Ιζηφο ζπλδέζκσλ Altman et al. (2003) Υιλμ Δπίδεζκνο πιεγψλ Sugihara et al. (2000) Μεραληθή νζηψλ Karageorgiou et al. (2004); Kino et al. (2006); Sofia et al. (2001); Tanaka et al. (1999) Ηπαηηθφο ηζηφο Hu et al. (2006a) Αληηζξνκβνγέλεζε Lee et al. (1998) Μη-υφαντή επιφάνεια Μεραληθή νζηψλ Kim et al. (2005b); Li et al. (2006) πλδεηηθφο ηζηφο Dal Pra et al. (2005) Δλδνζειηαθά θαη αηκνθφξα αγγεία Fuchs et al. (2006); Unger et al. (2004) Πορώδεσ, ςπογγώδησ Δπίδεζκνο πιεγψλ Yeo et al. (2000) Μεραληθή νζηψλ Karageorgiou et al. (2006); Kim et al. (2005a); Marolt et al. (2006); Meinel et al. (2004b, 2005, 2006a, b) Μεραληθή ρφλδξσλ Aoki et al. (2003) Τδροτζέλ Μεραληθή ρφλδξσλ Aoki et al. (2003) Μεραληθή νζηψλ Fini et al. (2005); Motta et al. (2004) φαιρικά ςωματίδια Μεηαθνξά θαξκάθνπ Cao et al. (2007); Wang et al. (2007a, b) Απφ αλαθνξέο πξνθχπηεη φηη ηα πιηθά πνπ εκπλένληαη απφ ην κεηάμη παξνπζηάδνπλ θαιχηεξεο βην-ηδηφηεηεο θαη απφ ην θνιιαγφλν, άιιε κηα πξσηετληθή ίλα. Αλάκεζα ζηα ηερλεηά πιηθά πνπ βαζίδνληαη ζηελ πξσηεΐλε κεηαμηνχ, ε θηβξνΐλε είλαη ε πην ελδηαθέξνπζα. Ο ζηφρνο είλαη ε θαηαζθεπή κίαο «ππεξ-ίλαο» ρσξίο ηε κεζνιάβεζε αξάρλεο ή κεηαμνζθψιεθα, αιιά απφ ηελ αλαπαξαγσγή θηβξνΐλεο ή spidroin. Βέβαηα, νη ηερλεηέο ίλεο αθφκε πζηεξνχλ ζε ζρέζε κε ηηο θπζηθέο φζνλ αθνξά ηηο κεραληθέο ηνπο ηδηφηεηεο. Ο ιφγνο είλαη φηη νη ηερλεηέο ίλεο δελ έρνπλ θαιά θαζνξηζκέλε δνκή φπσο νη θπζηθέο παξφιε ηελ φκνηα ζχλζεζε ακηλψλ. Μειεηψληαο ηε θπζηθή κέζνδν πεξηζηξνθήο ησλ ηλψλ έρεη γίλεη πξφνδνο γηα ηελ θαηαλφεζε θαη ηελ αλάπηπμε θαιχηεξσλ κεζφδσλ γηα ηελ παξαζθεπή ηερλεηψλ ηλψλ κεηαμηνχ. Σν θιεηδί είλαη ε βειηηζηνπνίεζε ηεο δηαδηθαζίαο ηεο κεζφδνπ ηεο πεξηζηξνθήο, ζπλδπάδνληαο ηηο θπζηθέο θαη ηηο ρεκηθέο ζπλζήθεο πνπ επηηξέπνπλ ηνλ θαιφ πξνζαλαηνιηζκφ θαη ηελ θξπζηάιισζε ησλ αξρηθψλ δνκψλ. Γηα ηελ επέθηαζε ησλ εθαξκνγψλ ησλ πιηθψλ βαζηζκέλσλ ζηελ πξσηεΐλε ηνπ κεηαμηνχ, γίλεηαη κίμε ηεο θηβξνΐλεο κε άιια θπζηθά καθξνκφξηα θαη ζπλζεηηθά πνιπκεξή. 14

16 6.Βιομιμητική Ρομποτική 6.1.Δηζαγσγή Η βηνκηκεηηθή ξνκπνηηθή δίλεη ηε δπλαηφηεηα ζηνπο εξεπλεηέο λα πξνζβιέπνπλ ζηε δεκηνπξγία robots πνπ ζα έρνπλ ηδηφηεηεο φπσο ηελ ηθαλφηεηα εληνπηζκνχ νξπρείσλ, εμεξεχλεζεο ηνπ πιαλήηε Άξε ή αθφκε θαη ηνλ εληνπηζκφ αλζξψπσλ θαηά ηελ παγίδεπζή ηνπο ζε ζπληξίκκηα θηηξίσλ κεηά απφ ζεηζκνχο. Βέβαηα, είλαη αξθεηά πξψηκε ε πξφβιεςε γηα ην πνηεο απφ ηηο ππάξρνπζεο έξεπλεο ζα αλαπηπρζνχλ, αθνχ ε πνηθηιία ζεκάησλ θαη πηζαλψλ εθαξκνγψλ είλαη αθφκε επξεία Robolobsters Οη αζηαθνί έρνπλ έληνλα αλαπηπγκέλε ηελ αίζζεζε ηεο νζκήο, κε ηελ νπνία αληρλεχνπλ θαη εληνπίδνπλ ηε κπξσδηά ηνπ θαγεηνχ ηνπο ζηελ πεγή ηεο ζηνλ ηπξβψδε σθεαλφ. Οη επηζηήκνλεο πνπ εξγάδνληαη ζην πεδίν ηεο βηνκηκεηηθήο ξνκπνηηθήο πηζηεχνπλ φηη ζνβαξά πξνβιήκαηα κπνξνχλ λα ιπζνχλ κέζσ ηεο κειέηεο δηάθνξσλ ηθαλνηήησλ ηνπ δσηθνχ βαζηιείνπ θαη κε ηε ρξήζε απηήο ηεο γλψζεο λα ζρεδηαζηνχλ, θαηαζθεπαζηνχλ θαη πξνγξακκαηηζηνχλ απηφλνκεο κεραλέο κε παξφκνηεο θαη ππεξάλζξσπεο ηθαλφηεηεο. ηαδηαθά, ηέηνηνπ είδνπο ξνκπφη ζα κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ γηα ηνλ εληνπηζκφ θαη ηελ επηζήκαλζε ππνζαιάζζησλ πεγψλ κφιπλζεο, νξπρείσλ θαη άιισλ αλεμεξεχλεησλ πιηθψλ, αθφκε θαη ζεξκηθψλ πεγψλ θαη άιισλ ηνπνζεζηψλ πνπ πεξηέρνπλ αλεθκεηάιιεπηνπο θπζηθνχο πφξνπο. Ο λεπξνβηνιφγνο Frank Grasso, βνεζφο θαζεγεηή ςπρνινγίαο ζην Brooklyn College, είλαη έλαο απφ ηνπο εξεπλεηέο βηνκηκεηηθήο. Η αξρή ηνπ είλαη ε αλάπηπμε επηζηεκνληθήο γλψζεο απφ ηελ παξαηήξεζε ζην πεδίν. Ο Grasso δνπιεχεη κε αζηαθνχο έηζη ψζηε λα κάζεη πψο είλαη ηφζν αμηνζεκείσηα «εηδήκνλεο» ζην λα εληνπίδνπλ κία κπξσδηά ζηελ πεγή ηεο ζε ηπξβψδεο πεξηβάιινλ θαη πσο απηφ κπνξεί λα κεηαθξαζηεί ζε λέεο δπλαηφηεηεο πνπ νη άλζξσπνη κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηήζνπλ. Οη θεξαίεο ηνπ αζηαθνχ (antennules), ηα εθπιεθηηθήο επαηζζεζίαο αηζζεηήξηα φξγαλά ηνπ πνπ πξνβάιινπλ απφ ην θεθάιη ηνπ, είλαη ππεχζπλεο γηα ηελ ππεξαίζζεζε ηεο νζκήο. Με ηε ζηελή παξαηήξεζε ησλ αζηαθψλ θαζψο αηζζάλνληαη θαη εληνπίδνπλ κεγάιεο πεγέο ρεκηθψλ ζηελ πεγή ηνπο ζε εξγαζηεξηαθά ειεγρφκελν πεξηβάιινλ, ν Grasso θαη νη ζπλεξγάηεο ηνπ έρνπλ αλαπηχμεη ζεσξίεο γηα ην πψο έρνπλ νη αζηαθνί απηή ηελ ηθαλφηεηα. Δλζσκαηψλνπλ απηέο ηηο ππνζέζεηο ζε ζρεδηαζηηθέο παξακέηξνπο θαη πξνγξακκαηίδνπλ γηα ηνπο ξνκπνηηθνχο ηνπο αζηαθνχο. «ηε ζπλέρεηα ζέηνπκε ππφ δνθηκή ην ξνκπφη ζηηο ίδηεο ζπλζήθεο φπσο ην δψν, ζαλ έλαλ ηξφπν ηεθκεξίσζεο ησλ ζεσξηψλ καο», εμεγεί ν ίδηνο. Σα απηφλνκα ξνκπφη κφλν νλνκαζηηθά έρνπλ θνηλά γλσξίζκαηα κε ηνπο αζηαθνχο. Η δηάηαμε ησλ αηζζεηήξσλ θαη ε δηάηαμε κεηαηφπηζεο πξννξίδνληαη γηα ηε θπζηθή ππνζηήξημε ηνπ πξνγξακκαηηζκνχ ησλ ζπζθεπψλ, φπσο ην ζψκα ηνπ δψνπ θαη ηα αηζζεηήξηα φξγαλα εγγελψο ζπκπίπηνπλ κε ηελ επεμεξγαζία ησλ λεπξνινγηθψλ πιεξνθνξηψλ θαη ηε ιήςε απνθάζεσλ. Παξφιν πνπ ηα ξνκπφη ηνπ Grasso, ηα ιεγφκελα robolobsters δελ είλαη νινθιεξσηηθά έηνηκα γηα ηελ αληηκεηψπηζε ηεο ζαιάζζηαο κφιπλζεο ή ηελ αλίρλεπζε πιηθψλ, έρνπλ επηδείμεη φηη ην έξγν ηνπ είλαη έγθπξν θαη αμίδεη ηεο πξνζπάζεηαο. Σν πξψην ηνπ ξνκπφη, αλίρλεπζε επηηπρψο πεγέο ζε απφζηαζε κεγαιχηεξε ησλ 32 πνδηψλ ζε εξγαζηεξηαθέο ζπλζήθεο, φπνπ ε ηπξβψδεο ξνή είλαη ειεγρφκελε. Αθνινχζεζε δεχηεξε δνθηκή ησλ ξνκπφη ζηελ Δξπζξά Θάιαζζα, φπνπ θαη πάιη έγηλε αλίρλεπζε ζε ηθαλνπνηεηηθφ βαζκφ. Σν ακέζσο επφκελν εκπφδην είλαη ε αλίρλεπζε θηλνχκελνπ ζηφρνπ, ην νπνίν πξνζζέηεη επηπιένλ δπζθνιίεο αθφκε θαη ζηνπο πξαγκαηηθνχο αζηαθνχο αθνχ θπλεγνχλ πάληα ζηαζεξνχο ζηφρνπο, έρνπλ δειαδή δηδηάζηαηε πξνζέγγηζε. [23] 15

17 6.2.Sprawl Hexapods ρέδηα robots εκπλεπζκέλα απφ ηα εμάπνδα έληνκα θεξδίδνπλ έδαθνο ζηα εξγαζηήξηα ησλ βηνιφγσλ θαη ησλ κεραληθψλ πνπ κειεηνχλ ηελ αλαηνκία ηνπο γηα ηε δεκηνπξγία robots κε ηελ ίδηα ηαρχηεηα, ζηαζεξφηεηα θαη πξνζαξκνζηηθφηεηα. Η ρξήζε ηνπο ζα απνδεηρζεί ζεκαληηθή ζε πεξηβαιινληηθέο ρξήζεηο, ζηηο εμεξεπλήζεηο ηνπ δηαζηήκαηνο, ζε ζηξαηησηηθνχο ζθνπνχο θαη πνιιά αθφκε. Σν ηππηθφ εμάπνδν robot είλαη ιίγν κεγαιχηεξν απφ ηελ παιάκε ελφο ελήιηθα, ππάξρνπλ φκσο πνιιά άιια κεγέζε. Η θίλεζε ησλ πνδηψλ ηνπο νδεγείηαη απφ κεραληθά πηζηφληα, ην ζψκα ηνπο απνηειείηαη απφ δηαθνξεηηθά είδε πιαζηηθψλ ελψ βαιβίδεο θαη ελεξγνπνηεηέο ειέγρνπλ ηηο θηλήζεηο ηνπο. Δπηπιένλ, είλαη κνλαδηθά θαη γηα ηελ ηερληθή πνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ θαηαζθεπή ηνπο, πνπ νλνκάδεηαη shape deposition manufacturing (SDM). Απνηειεί κεζνδνινγία γηα ηελ απηφκαηε θαηαζθεπή πιηθψλ ζηξσκάησλ γηα ηε δεκηνπξγία ηξηζδηάζηαησλ, πνιχπινθσλ θαη απνηεινχκελσλ απφ πνιιά δηαθνξεηηθά πιηθά, δνκψλ. χκθσλα κε απηή ηε κέζνδν, ηα πιηθά δεκηνπξγνχλ ζηξψκαηα θαη κνξθνπνηνχληαη πξηλ ηελ απφζεζε λένπ ζηξψκαηνο, γηα ηελ εμαζθάιηζε αθξίβεηαο ηνπ ζρεδίνπ θαη ηεο πνηφηεηαο. Δπηπιένλ, κέζα ζηα δχζθακπηα πιηθά ηνπνζεηνχληαη εχθακπηεο νπζίεο ηα νπνία πεξηβάιινπλ ιεηηνπξγηθά κέξε ηνπ robot, φπσο θηλεηήξεο θαη ειεθηξηθά θαιψδηα, γηα ηε δεκηνπξγία θάπνηνπ ζπλδέζκνπ.[24] Η SDM ζπλδπάδεη ηελ κηθξνρχηεπζε (κέζνδνο απφζεζεο κεηαιιηθψλ ζηαγνληδίσλ γηα ηε δεκηνπξγία ππθλψλ κεηαιιηθψλ ζηξσκάησλ κε ειεγρφκελε κηθξνδνκή) κε άιιεο ελδηάκεζεο κεζφδνπο επεμεξγαζίαο γηα ηελ θαηαζθεπή πςειήο πνηφηεηαο κεηαιιηθψλ κεξψλ. Δηθόλα 16: Δμάπνδν robot από ην εξεπλεηηθό θέληξν ηνπ Stanford [θση. L.A. Cicero] Ο βαζηθφο ζρεδηαζκφο ησλ robots θαίλεηαη ζηελ εηθφλα 17 θαη απνηειείηαη απφ ην ζψκα θαη ηα πφδηα πνπ θαηαζθεπάδνληαη κε ηελ πξναλαθεξζείζα δηαδηθαζία (SDM). Κάζε πφδη έρεη δχν βαζκνχο ειεπζεξίαο. Ο πξψηνο είλαη ζηελ δηεχζπλζε ψζεζεο θαη επηηπγράλεηαη απφ ελεξγνπνηεηέο πεπηεζκέλνπ αέξα ελζσκαησκέλνπο ζην πφδη. Ο δεχηεξνο βαζκφο ειεπζεξίαο είλαη παζεηηθφο θαη απνηειείηαη απφ ημψδεο-ειαζηηθφ ζηνηρείν πνπ επηηξέπεη ηελ πεξηζηξνθή θπξίσο ζην δηακήθεο επίπεδν. Ο παξαπάλσ ζρεδηαζκφο πνδηψλ είλαη εκπλεπζκέλνο απφ ηηο αξζξψζεηο ησλ θαηζαξίδσλ. Κάζε πφδη ζπλάπηεηαη ζε έλαλ απφ ηνπο έμη servo motors πνπ είλαη ελζσκαησκέλνη ζην ζψκα ηνπ robot. 16

18 Δηθόλα 17: Βαζηθό ζρέδην ησλ εμάπνδσλ robots. Η ζηξνθή ηνπο κπνξεί λα επηηεπρζεί κε αιιαγή ηνπ ζήκαηνο ελεξγνπνίεζεο πνπ ζηέιλεηαη από ηα πηζηόληα, θαζώο θαη κε αιιαγή ζηε γσλία ησλ πνδηώλ. Η θίλεζε ησλ αλαδξαζηηθψλ θηλεηήξσλ πξνζαλαηνιίδεη ηε ζέζε ηζνξξνπίαο ησλ ζπλδέζκσλ ησλ πνδηψλ κε αχμεζε θαηά 0.8 βαζκνχο ζην δηακήθεο επίπεδν. Γηα επζεία θίλεζε, ηα πφδηα δηαηάζζνληαη ζε μαπισηή ζέζε φπσο θαίλεηαη ζηελ εηθφλα 17. Απηή ε δηάηαμε βαζίδεηαη πάιη ζε κειέηεο ζηελ θαηζαξίδα θαη απνδεηθλχεη φηη ηα κπξνζηηλά, ηα κεζαία θαη ηα πίζσ πφδηα εθηεινχλ δηαθνξεηηθέο ιεηηνπξγίεο θαηά ηελ επηηάρπλζε θαη ηελ επηβξάδπλζε[25]. Κάζε πφδη ειέγρεηαη απφ κία κηθξή ζσιελνεηδή βαιβίδα πνπ ξπζκίδεη ηνλ αέξα ζην πηζηφλη απφ κία πςειήο πίεζεο πεγή, πξνθαιψληαο ζην πφδη λα εθηείλεηαη ή λα ζπκπηχζζεηαη. Η κεηαθίλεζε επηηπγράλεηαη κε ηελ ελαιιαθηηθή ελεξγνπνίεζε ησλ βαιβίδσλ θάζε ηξίπνδνπ ηνπ πνδηνχ ζχκθσλα κε έλα απιφ δπαδηθφ ζχζηεκα. Απηφ ην ζχζηεκα ππνδεηθλχεη ηε ζπρλφηεηα θαη ηε ζεηξά κε ηελ νπνία νη βαιβίδεο ελεξγνπνηνχληαη. Δπνκέλσο, νη παξάκεηξνη ηνπ ζπζηήκαηνο είλαη νη γσλίεο ησλ πνδηψλ (LA απφ ηα αξρηθά ησλ ιέμεσλ leg angles) πνπ θαζνξίδνληαη απφ ηε ζέζε ησλ θηλεηήξσλ, ε ζρεηηθή θάζε θαη ε πεξίνδνο (DC απφ ηα αξρηθά duty cycle) ελεξγνπνίεζεο ησλ βαιβίδσλ. Αθνχ φιεο νη παξαπάλσ παξάκεηξνη κπνξνχλ λα ηξνπνπνηεζνχλ αλεμάξηεηα γηα θάζε πφδη, ππάξρνπλ ζην ζχλνιν 18 παξάκεηξνη.[26] ε απηή ηελ θαηεγνξία αλήθεη θαη ην RHex robot πνπ ηξάβεμε ην ελδηαθέξνλ ηεο NASA θαζψο θαη ηεο Δζληθήο Αζθάιεηαο Ακεξηθήο (εηθφλα 18). Απνδεδεηγκέλα ζηαζεξφ θαη γξήγνξν ζηελ θίλεζε, ην RHex δηαζέηεη έμη πφδηα πνπ θηλνχληαη ζε πιήξε θχθιν θαη επηηπγράλεηαη γξήγνξε θίλεζε κε ηαρχηεηεο σο έλα κήθνο ζψκαηφο ηνπ αλά δεπηεξφιεπην. Μπνξεί λα θηλείηαη πξνο θάζε θαηεχζπλζε, θαζψο θαη λα θνιπκπά ζην λεξφ, αιιά θαη λα ζθαξθαιψλεη[27]. Δηθόλα 18: Σν RHex κπνξεί λα θηλείηαη, λα πεδά, λα θνιπκπά θαη λα ζθαξθαιώλεη αθόκε θαη ζθάιεο, ράξε ζηελ θίλεζε ησλ πνδηώλ ηνπ. 17

19 6.3.Κηλεηήξεο βαζηζκέλνη ζην κνληέιν θάκπηαο (inchworm linear motors) Δηζαγσγή Η βηνινγηθή θάκπηα ζηελ νπνία βαζίδνληαη νη θηλεηήξεο απηνί αλήθεη ζηελ νκάδα ησλ πεηαινχδσλ Geometridae, νη νπνίεο έρνπλ έμη κπξνζηηλά πφδηα θαη ηέζζεξα νπίζζηα πφδηα. Πξνζνκνηψλνληαο ην κεραληζκφ θίλεζεο απηήο ηεο πξνλχκθεο, νδήγεζε ζηελ αλάπηπμε θηλεηήξσλ θαη γξακκηθψλ ελεξγνπνηεηψλ γλσζηψλ σο inchworms. Απηνί νη εκπνξηθά επξέσο δηαζέζηκνη θηλεηήξεο ρξεζηκνπνηνχλ πηεδνειεθηξηθνχο ελεξγνπνηεηέο θαη είλαη ηθαλνί λα θηλεζνχλ κε ηαρχηεηα πεξίπνπ 2mm/s ελψ παξέρνπλ ηθαλφηεηα θίλεζεο γηα εθαηνληάδεο ρηιηνζηά ηνπ κέηξνπ. Οη δπλάκεηο πνπ παξάγνληαη κπνξνχλ λα θηάζνπλ πάλσ απφ 30Ν κε κεδεληθή πηζσθίλεζε θαη πςειή ζηαζεξφηεηα. Ο κε-καγλεηηθφο ηνπο ραξαθηήξαο πξνζθέξεη πιενλεθηήκαηα γηα ηηο εθαξκνγέο ηνπο ζε δηαγλσζηηθά κεραλήκαηα φπσο ηνπο καγλεηηθνχο ηνκνγξάθνπο (MRI). ε αληίζεζε κε ηνπο βηνινγηθνχο κχεο, νη πηεδνειεθηξηθνί θηλεηήξεο θάκπηεο έρνπλ κεδεληθέο απψιεηεο ελέξγεηαο θαηά ηε ζέζε ζπγθξάηεζεο. Τπάξρνπλ δηάθνξεο δηαηάμεηο, αιιά ε βαζηθή απνηειείηαη απφ ηε ρξήζε δχν θξέλσλ (ηξνρνπέδεο) θαη ελφο επεθηαηηθνχ. Οη ζπγθεθξηκέλνη θηλεηήξεο εθηεινχλ θπιηλδξηθά βήκαηα φπνπ ε ηξνρνπέδε ηνπ inchworm καγθψλεηαη ζε κηα ιαβή θαη ην επεθηαηηθφ σζεί ηελ κπξνζηηλή ηξνρνπέδε κπξνζηά. Σφηε ην κπξνζηηλφ θξέλν ζπζθίγγεη ηε ιαβή απειεπζεξψλνληαο ην πηζηλφ θξέλν θαη ζπζηέιιεη ην επεθηαηηθφ ψζηε λα κεηαθηλεζεί έλα βήκα κπξνζηά ελψ απηφ ην βήκα λα είλαη κεγέζνπο κφιηο 1mm. [28] Δθαξκνγέο Inchworm Robot To inchworm robot ζρεδηάζηεθε απφ ηνπο Keith Kotay and Daniela Rus ηνπ εξγαζηεξίνπ Dartmouth Robotics Laboratory ηνπ Dartmouth, πξνζνκνίσζε ηηο θηλήζεηο ηεο θάκπηαο κε ηξηζδηάζηαηε πξαγκαηηθνχ ρξφλνπ θίλεζε θαη ρεηξηζκφ αιγνξίζκσλ. Η ιεηηνπξγηθφηεηά ηνπ επεηεχρζε κε ηε δεκηνπξγία ειαθξηάο, γξακκηθήο δνκήο απνηεινχκελε απφ ηέζζεξηο ηνκείο κε ηέζζεξηο βαζκνχο ειεπζεξίαο θαη κηληκαιηζηηθέο αληρλεπηηθέο ηθαλφηεηεο. Σν ξνκπφη πξνέθπςε απφ ηε κειέηε ηεο θίλεζεο ηεο θάκπηαο πνπ θηλείηαη κε επαλαιακβαλφκελε θαη γξήγνξε θίλεζε ησλ εκπξφζζησλ θαη ησλ νπίζζησλ πνδηψλ ζε ελαιιαγή. Σν ηζρπξφ ηνπο άδξαγκα επηηξέπεη λα πξνζθνιιψληαη ηπραία πξνζαλαηνιηζκέλα αληηθείκελα. Οη Kotay θαη Rus θαηαζθεχαζαλ ην ξνκπφη ηνπο σο κηα ειαθξηά γξακκηθή δνκή απνηεινχκελε απφ ηέζζεξηο ζπλδέζκνπο. Σα ηειηθά άθξα (ν πξψηνο θαη ν ηέηαξηνο ζχλδεζκνο) είλαη ηα δχν πφδηα ηνπ ξνκπφη (εηθφλα 19). Ηιεθηξνκαγλήηεο ηνπνζεηήζεθαλ ζηα πφδηα επηηξέπνληαο ζην ξνκπφη λα γξαπψλεηαη ζε ηπραία πξνζαλαηνιηζκέλεο επηθάλεηεο φπσο νη πξαγκαηηθέο θάκπηεο. Όκνηα, ην ξνκπφη ελαιιάζζεη ην ξεχκα ζηα δχν ειεθηξνκαγλεηηθά πφδηα γηα ηε ζσζηή πξνζνκνίσζε ηεο θίλεζεο. Οη ειεθηξνκαγλήηεο είλαη 12V, δηαηεηαγκέλνη ζε ζεηξά κε ην ζψκα ηνπ ξνκπφη. Πξνζθέξνπλ αξθεηή ηζρχ ψζηε ην πφδη λα γξαπψλεηαη αζθαιψο θαη λα ππνζηεξίδεη ην βάξνο ηνπ ξνκπφη φηαλ ην άιιν πφδη έρεη επεθηαζεί πιήξσο. Η επηινγή ησλ ειεθηξνκαγλεηψλ έγηλε ιφγσ ηεο επρξεζηίαο ηνπο θαη ηεο ηθαλφηεηάο ηνπο λα παξέρνπλ κεγάιε δχλακε επηζχλαςεο. Παξφια απηά, ε επηινγή απηή πεξηνξίδεη ηελ θίλεζε ζε επηθάλεηεο απφ αηζάιη. Η πξφηππε δνκή ηνπ φκσο, δίλεη ηε δπλαηφηεηα αληηθαηάζηαζεο ησλ ειεθηξνκαγλεηψλ κε αλαξξνθεηηθά θαινχπηα ή ιαβίδεο. 18

20 Δηθόλα 19: Σν ζώκα ηνπ ξνκπόη απνηειείηαη από ηέζζεξηο ζπλδέζκνπο. Ο πξώηνο θαη ν ηειεπηαίνο ζύλδεζκνο ζπληζηνύλ ηα πόδηα. Κάζε πόδη έρεη 2 ειεθηξνκαγλήηεο κίαο ίληζαο πξνζαξκνζκέλνπο ζε απηό. Σν ξνκπόη έρεη έλαλ κπξνζηηλό ππέξπζξν αηζζεηήξα θαη έλα δεύγνο ππέξπζξνπ αηζζεηήξα κε δηαθόπηε επαθήο γηα αίζζεζε αθήο πξνζαξκνζκέλνπο ζε θάζε ειεθηξνκαγλήηε. Γηαζέηεη ηξεηο ελεξγνπνηεηέο ζηνπο ηξεηο ζπλδέζκνπο νξαηνύο ζην επίπεδν ηεο θσηνγξαθίαο. Έλαο ηέηαξηνο πξνζαξκνζκέλνο ζην πίζσ κέξνο ηνπ πνδηνύ επηηξέπεη ζην ξνκπόη λα πεξηζηξέθεηαη θάζεηα ζην επίπεδν ηεο θσηνγξαθίαο. Οη ηέζζεξηο ζχλδεζκνη πξνζθέξνπλ ζην ξνκπφη ηέζζεξηο βαζκνχο ειεπζεξίαο. Οη ηξεηο ηνπ επηηξέπνπλ λα επεθηείλεηαη θαη λα ιπγίδεη ελψ ν ηέηαξηνο πξνζθέξεηαη κέζσ ηνπ πεξηζηξνθηθνχ ζπλδέζκνπ πνπ επηηξέπεη ζην ξνκπφη λα πεξηζηξέθεηαη αλάινγα κε ηνλ πξνζαξκνζκέλν κεραληζκφ ζην νπίζζην πφδη. Σν ξνκπφη κπνξεί λα πξνσζεί ηνλ εαπηφ ηνπ ζε ηπραία πξνζαλαηνιηζκέλεο επηθάλεηεο απνπζία γεσκεηξίαο ελψ νη θηλήζεηο ηνπ ειέγρνληαη ζε πξαγκαηηθφ ρξφλν. Οη αιγφξηζκνη θίλεζεο είλαη απινί, πξνζαξκνζηηθνί θαη αμηφπηζηνη. Σν ξνκπφη θηλήζεθε κε εθαηνληάδεο βήκαηα πάλσ ζε αξρεηνζήθεο, πφξηεο θαη ληνπιάπεο ηνπ εξγαζηεξίνπ, θαζψο θαη ζε εμφδνπο θηλδχλνπ. Δπηπιένλ, είρε ηελ ηθαλφηεηα λα κεηαρεηξίδεηαη αληηθείκελα θαζψο θαζνδεγνχληαλ πάλσ ζε ηξηζδηάζηαηεο επηθάλεηεο. Οη βαζηθέο ηθαλφηεηεο ήηαλ ε ψζεζε αληηθεηκέλσλ θαηά ηελ θίλεζή ηνπ ζε επίπεδεο ή θεθιηκέλεο επηθάλεηεο θαη ε έιμε αληηθεηκέλσλ ζε επίπεδεο επηθάλεηεο. Σν βάξνο ηνπ είλαη 566 gr. Καηά ηελ πιήξε επέθηαζή ηνπ, ην κήθνο ηνπ θηάλεη ηα 330mm θαη ην χςνο ηνπ ηα 80mm. Καηά ηελ πιήξε ζπζηνιή ηνπ, ην κήθνο ηνπ είλαη 175mm θαη ην χςνο ηνπ 160mm. Η ηαρχηεηά ηνπ είλαη 0.75m/min. Η πεγή ελέξγεηάο ηνπ είλαη δχν κνιπβδνχρεο κπαηαξίεο, κία ησλ 8V θαη κία ησλ 18V γηα ηνπο ειεθηξνκαγλήηεο. Σν inchworm δηαζέηεη ηξεηο ηχπνπο αηζζεηήξσλ: αηζζεηήξεο επαθήο, ππέξπζξνπο αηζζεηήξεο θαη κία κηθξή θάκεξα. Οη αηζζεηήξεο επαθήο είλαη νπηηθνί δηαθφπηεο θσηνηξαλδίζηνξ Omron EE-SA105 κε δηεγέξηε ειαηεξίνπ. Γχν απφ απηνχο είλαη ηνπνζεηεκέλνη ζε θάζε πφδη ηνπ ξνκπφη, έλαο κπξνζηά απφ ηνλ εκπξφζζην ειεθηξνκαγλήηε θαη έλαο πίζσ απφ ηνλ νπίζζην ειεθηξνκαγλήηε. Οη αηζζεηήξεο επαθήο ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηε εδξαίσζε ηεο ζσζηήο επαθήο ησλ ειεθηξνκαγλεηψλ κε ηελ επηθάλεηα πνπ δηαλχεηαη. Δπηπιένλ, ρξεζηκνπνηνχληαη γηα λα ππνδεηθλχνπλ ηηο εζθαικέλεο ζπλζήθεο φπσο επαθή κε απξφνπηε επηθάλεηα. Οη ππέξπζξνη αηζζεηήξεο είλαη αλαθιαζηηθνί θσηνκηθξναηζζεηήξεο Omron EE-SF5 θαη ρξεζηκνπνηνχληαη γηα λα πξαγκαηνπνηνχληαη ππάθνπα νη θηλήζεηο ζηελ επηθάλεηα. Πέληε ππέξπζξνη αηζζεηήξεο είλαη εγθαηεζηεκέλνη ζην ξνκπφη, νη ηέζζεξηο δίπια ζηνπο αηζζεηήξεο επαθήο κε πξνζαλαηνιηζκφ πξνο ηα θάησ θαη έλαο ζην κπξνζηηλφ κέξνο ηνπ ξνκπφη. Η θάκεξα είλαη κνλνρξσκαηηθή κεγέζνπο ίληζαο κε θαθφ 6.5mm. Δίλαη ηνπνζεηεκέλε ζην εκπξφζζην πφδη ηνπ ξνκπφη κε θαηεχζπλζε κπξνζηά. Σν ξνκπφη κπνξεί λα πεξπαηά, λα ζθαξθαιψλεη θαη λα κεηαθηλείηαη αλάπνδα, αιιά θαη ζε επηθάλεηεο πνπ δεκηνπξγνχλ γσλίεο θπξηέο ή θνίιεο. Η πην απιή θίλεζε είλαη ην βήκα, ην νπνίν απνηειείηαη απφ δχν θάζεηο, ηελ έθηαζε θαη ηε ζπζηνιή. Καηά ηελ εθηαηηθή θάζε, ην νπίζζην πφδη πξνζθνιιάηαη ζηελ επηθάλεηα θαη ε έθηαζε επηηπγράλεηαη κε ηελ αλχςσζε ηνπ εκπξφζζηνπ πνδηνχ θαη ηελ έθηαζή ηνπ κπξνζηά, ελψ ζηε ζπλέρεηα ρακειψλεη κέρξη λα έξζεη ζε επαθή κε ην έδαθνο. ε απηφ ην ζεκείν, ην 19

21 εκπξφζζην πφδη είλαη πξνζθνιιεκέλν ζηελ επηθάλεηα θαη ην νπίζζην πφδη απνθνιιάηαη. Η θάζε ηεο ζπζηνιήο ηφηε ζπκβαίλεη κε ηελ αλχςσζε ηνπ νπίζζηνπ πνδηνχ θαη ηε ζπζηνιή ηνπ ψζηε λα έξζεη θνληά ζην κπξνζηηλφ πφδη. ηε ζπλέρεηα, ρακειψλεη κέρξη λα έξζεη ζε επαθή κε ην έδαθνο (ηελ επηθάλεηα). Δηθόλα 20: ρεδηαζηηθή απεηθόληζε βήκαηνο. Σα δύν βέιε δειώλνπλ ην πόδη ην νπνίν έρεη πξνζθνιιεζεί ζηελ επηθάλεηα. Σν κεγάιν βέινο δειώλεη ηελ θαηεύζπλζε ηεο επηθείκελεο θίλεζεο. Δηθόλα 21: Κίλεζε ηνπ ξνκπόη αλάπνδα ζε επηθάλεηα. Καηά ηελ θίλεζε ζε επηθάλεηεο πνπ δεκηνπξγνχλ γσλίεο, ην κπξνζηηλφ πφδη κεηαθηλείηαη ζε λέα επηθάλεηα, ηνπνζεηψληαο ην νπίζζην πφδη θνληά ζηε γσλία, θαη εθηείλεηαη πεξαηηέξσ ζηελ λέα επηθάλεηα ψζηε λα δεκηνπξγήζεη ζην νπίζζην πφδη ρψξν ψζηε λα έξζεη θαη απηφ κε ηε ζεηξά ηνπ ζηε λέα επηθάλεηα. Οη θηλήζεηο παξνπζηάδνληαη ζηηο εηθφλεο Δηθόλα 22: ρεδηαζηηθή απεηθόληζε θαη δηαδνρηθέο θσηνγξαθίεο ησλ θηλήζεσλ ηνπ ξνκπόη ζε επηθάλεηα κε θνηιόηεηα. Σα δύν κηθξά βέιε ζην ζρέδην δειώλνπλ ην πόδη πνπ είλαη πξνζθνιιεκέλν ζηελ επηθάλεηα ελώ ην κεγάιν βέινο ηελ θαηεύζπλζε ηεο επηθείκελεο θίλεζεο. 20

22 Δηθόλα 23: ρεδηαζηηθή απεηθόληζε ησλ θηλήζεσλ ηνπ ξνκπόη ζε επηθάλεηα κε θύξησζε. Σα δύν κηθξά βέιε ζην ζρέδην δειώλνπλ ην πόδη πνπ είλαη πξνζθνιιεκέλν ζηελ επηθάλεηα ελώ ην κεγάιν βέινο ηελ θαηεύζπλζε ηεο επηθείκελεο θίλεζεο. ην ξνκπφη εθαξκφζηεθε θαη ν αιγφξηζκνο γηα ηελ αλίρλεπζε θαη ηε κεηαθίλεζε ζε ζπλδπαζκφ κε αλχςσζε ελφο αληηθεηκέλνπ. Όηαλ αληρλεπζεί έλα αληηθείκελν απφ ηνλ κπξνζηηλφ ππέξπζξν αηζζεηήξα θαηά ηελ θίλεζε ηνπ ξνκπφη, ην βήκα ηεξκαηίδεηαη θαη ην inchworm παίξλεη ζέζε ψζηε λα εθηειέζεη ιαβή. Καζψο θξαηά κία ζηαζεξή απφζηαζε απφ ην αληηθείκελν, εθηειεί κία θίλεζε αλχςσζεο ηνπ κπξνζηηλνχ πνδηνχ. ηε ζπλέρεηα, ζηνηρίδεη ην θάησ κέξνο ηνπ κπξνζηηλνχ πνδηνχ κε ην αληηθείκελν θαη αθνινπζεί θίλεζε έθηαζεο πνπ ηεξκαηίδεηαη απφ ηελ αλίρλεπζε ηνπ ειεχζεξνπ ρψξνπ απφ ηνλ εκπξφζζην ππέξπζξν αηζζεηήξα πνπ έρεη θαηεχζπλζε πξνο ηα θάησ, δειψλνληαο φηη ην κπξνζηηλφ πφδη βξίζθεηαη αθξηβψο επάλσ απφ ην αληηθείκελν. Σφηε, ν ειεθηξνκαγλήηεο ηνπ πνδηνχ ηνπνζεηείηαη ζηελ επηθάλεηα ηνπ αληηθεηκέλνπ θαη κε κία αθφκε θίλεζε νινθιεξψλεηαη ε ιαβή. Αθνχ ην αληηθείκελν έρεη δξαρζεί κε κία θίλεζε αλπςψλεηαη θαη κε ηελ εθηαηηθή θίλεζε κεηαθηλείηαη πξνο ηα εκπξφο. Γηα ηελ απειεπζέξσζε ηνπ αληηθεηκέλνπ, ην ξνκπφη εθηειεί κία θίλεζε απνζχλδεζεο. Σν inchworm δνθηκάζηεθε θαη ζε πξαγκαηηθέο ζπλζήθεο εθηφο εξγαζηεξηαθνχ ρψξνπ κε κεηαβαιιφκελεο ζπλζήθεο λέθσζεο, ειηνθάλεηαο θαη ζεξκνθξαζίαο. θαξθάισζε κε επηηπρία 6 θαηαθφξπθα βήκαηα ζε κία έμνδν θηλδχλνπ αξθεηέο θνξέο, αιιά ε απφδνζή ηνπ ήηαλ ρακειφηεξε απφ ηα αληίζηνηρα απνηειέζκαηα ζην εξγαζηήξην. Απηφ νθείιεηαη ζηηο αιιειεπηδξάζεηο ηεο ειηνθάλεηαο κε ηνπο ππέξπζξνπο αηζζεηήξεο, ζηε βαθή ηεο επηθάλεηαο φπνπ κεηαθηλήζεθε ην ξνκπφη, θαζψο νη ειεθηξνκαγλήηεο δε δηαηεξνχζαλ ηζρπξή επαθή ζε ζεκεία πνπ ε βαθή ήηαλ ζε παρχηεξν ζηξψκα. Με απηφ ηνλ ηξφπν ππνδειψλεηαη ε πξφηαζε γηα ηε ρξήζε ηζρπξφηεξσλ ειεθηξνκαγλεηψλ γηα ηε λέα γεληά απηψλ ησλ ξνκπφη.[29] Inchworm Colonoscope Έλα πξφηππν απην-σζνχκελνπ θνινλνζθνπίνπ δεκηνπξγήζεθε (εηθφλα 24) ρξεζηκνπνηψληαο ηελ ηδέα ηεο θάκπηαο. Σξεηο ελεξγνπνηεηέο ηνπνζεηήζεθαλ ζπκκεηξηθά γχξσ απφ έλαλ θεληξηθφ άμνλα, ν θαζέλαο απφ ηνπο νπνίνπο απνηειείηαη απφ κηα δηάηαμε επέιηθησλ ζαιάκσλ πνπ κπνξνχλ λα δηαζηέιινληαη κε πεπηεζκέλν αέξα. Όηαλ θαη νη ηξεηο ελεξγνπνηεηέο δηαζηαινχλ ηαπηφρξνλα, ην ξνκπφη επηκεθχλεηαη. Δθαξκφδνληαο πίεζε κφλν ζε έλα ή δχν απφ ηνπο θαηά κήθνο πξνζαλαηνιηζκέλνπο ελεξγνπνηεηέο, πξαγκαηνπνηείηαη κία θάκςε ζηελ αληίζεηε θαηεχζπλζε. Δηθόλα 24: Inchworm colonoscope Η ζεηξά αθνινπζίαο ησλ θηλήζεσλ θαίλεηαη ζηελ εηθφλα 29. Αξρηθά, δηαζηέιιεηαη ψζηε λα έιζεη ζε επαθή κε ην ηνίρσκα ηνπ θφινλ θαη δηαηεξεί ην θνινλνζθφπην ζηε ζέζε ηνπ (εηθφλα 25, επάλσ ζεηξά). ηε ζπλέρεηα, θαη νη ηξεηο ελεξγνπνηεηέο δηαζηέιινληαη επηκεθχλνληαο ην θπξίσο ζψκα ηεο ζπζθεπήο θαη σζψληαο ηελ θεθαιή. Μεηά ν αθξαίνο ελεξγνπνηεηήο δηαζηέιιεηαη δηαηεξψληαο ηελ θεθαιή ηνπ θνινλνζθνπίνπ ζηε ζέζε ηεο 21

23 (εηθφλα 25, 2 ε θαη 3 ε ζεηξά). ην ηέινο ηεο αθνινπζίαο ησλ θηλήζεσλ ην αθξαίν ηκήκα είλαη δηνγθσκέλν θέξνληαο ην θνινλνζθφπην ζε επαθή ην ηνίρσκα ηνπ θφινλ ελψ ηα άιια δχν ηκήκαηα ζπζηέιινληαη (εηθφλα 25, ηειεπηαία ζεηξά). Δηθόλα 25: Αθνινπζία θηλήζεσλ ηνπ inchworm colonoscope. ε ζχγθξηζε κε ην ζπκβαηηθφ θνινλνζθφπην, ν ρεηξηζηήο δε ρξεηάδεηαη λα ειέγρεη ην ζχζηεκα κε κνριφ. Αλακέλεηαη φηη θαη ε εμέηαζε ζα είλαη ιηγφηεξν επψδπλε θαη γηα ηνλ αζζελή ψζηε ε ρνξήγεζε αλαιγεηηθψλ θαξκάθσλ λα εγθαηαιεηθζεί. Η δηάκεηξνο ηνπ inchworm colonoscope είλαη 18mm.[30] 7.Θωράκιςη & Επιδιόρθωςη 7.1.Κέιπθνο Abalone Δξεπλεηέο ζηνλ ηνκέα ηεο Μεραληθήο ηνπ παλεπηζηεκίνπ ηεο California, ζην San Diego, ρξεζηκνπνηνχλ σο νδεγφ γηα ηελ αλάπηπμε λέαο γεληάο ζσξαθηζκνχ ην θέιπθνο ηνπ ζαιάζζηνπ ζαιηγθαξηνχ, πνπ νλνκάδεηαη abalone. Παξφιε ηελ αμία ηνπ γηα ηε ρξήζε ηνπ ζηελ θνζκεκαηνπνηία, νη εξεπλεηέο εζηηάδνπλ ζηελ ηθαλφηεηά ηνπ λα απνξξνθά κεγάινπο θξαδαζκνχο ρσξίο λα θηάλεη ζηε ζξαχζε. ε δεκνζίεπζε ηνπ Marc A. Meyers ζην πεξηνδηθφ Materials Science and Engineering (January 75, 2005), πεξηγξάθνληαη ηα βήκαηα ηνπ abalone γηα ηε δεκηνπξγία ηνπ πξνζηαηεπηηθνχ θειχθνπο ηνπ, πνπ απνηειείηαη θαηά 95% απφ δηαδνρηθέο επηζηξψζεηο αλζξαθηθνχ αζβεζηίνπ θαη θαηά 5% απφ ζπγθνιιεηηθή πξσηεΐλε. Όπσο γλσξίδνπκε, ην αλζξαθηθφ αζβέζηην, ή ε θηκσιία, είλαη εμαηξεηηθά εχζξαπζην πιηθφ, φκσο νη Meyers θαη Lin απέδεημαλ φηη κία πςειά δηαηεηαγκέλε δνκή είλαη ζεσξεηηθά ε αλζεθηηθφηεξε. Σν εζσηεξηθφ καξγαξηηαξνεηδέο ζηξψκα ηνπ θειχθνπο, έρεη 500 κε 3000 θνξέο κεγαιχηεξε αληνρή απ φηη ε θηκσιία, παξφιν πνπ απνηειείηαη θαηά 95% απφ ην ίδην πιηθφ. Έξεπλεο ζηε βηνκηκεηηθή ζηνλ ηνκέα ησλ αλζεθηηθψλ πιηθψλ έρνπλ δείμεη φηη ηα θειχθε καιαθίσλ, ηα ξάκθε ησλ πνπιηψλ, ηα θέξαηα ησλ ειαθηψλ θαη άιια παξφκνηα πιηθά δεκηνπξγνχληαη θαη αλαπηχζζνληαη πεξηνδηθά παξάγνληαο δνκέο μεθηλψληαο απφ ην κνξηαθφ επίπεδν θηάλνληαο ζηε καθξνθιίκαθα. Παξάδεηγκα λαλνθιίκαθαο απνηειεί ην Δηθόλα 26: Η καξγαξηηαξέληα όςε ηνπ θειύθνπο νθείιεηαη ζηελ αλάθιαζε ηνπ θσηόο θαηά ηελ πξόζπησζή ηνπ ζηηο κηθξνζθνπηθέο επηζηξώζεηο αλζξαθηθνύ αζβεζηίνπ. Φωτ.: UCSDJacobs School of Engineering θέιπθνο ηνπ abalone, θαζψο απνηειείηαη απφ ρηιηάδεο επηζηξψζεηο αλζξαθηθνχ αζβεζηίνπ, 10κm κήθνπο θαη 0.5κm πάρνπο ην θάζε έλα, ή θαηά πξνζέγγηζε έλα εθαηνζηφ ηνπ πάρνπο κίαο αλζξψπηλεο ηξίραο. 22

24 Σν θιεηδί ζηελ αληνρή ηνπ θειχθνπο ηνπ abalone είλαη ε ζεηηθά θνξηηζκέλε ζπγθνιιεηηθή πξσηεΐλε πνπ ζπλδέεηαη κε ηηο αξλεηηθά θνξηηζκέλεο επηθάλεηεο (ζην αλψηεξν θαη ην θαηψηεξν ηκήκα) ησλ επηζηξψζεσλ αλζξαθηθνχ αζβεζηίνπ. Η «θφια» είλαη ηζρπξή αξθεηά ψζηε λα δηαηεξεί ηηο επηζηξψζεηο ζηαζεξά ζπλδεδεκέλεο κεηαμχ ηνπο, αιιά θαη ηαπηφρξνλα ειαζηηθή γηα λα επηηξέπεη ζηηο επηζηξψζεηο λα δηαρσξίδνληαη, απνξξνθψληαο ηελ ελέξγεηα κίαο ηζρπξήο θξνχζεο. Σα abalones ζηε ζπλέρεηα γεκίδνπλ ηηο ξσγκέο πνπ δεκηνπξγνχληαη ιφγσ θξνχζεσλ θαη πξαγκαηνπνηνχλ δψλεο αλάπηπμεο νξγαληθνχ πιηθνχ. Δηθόλα 27: Καηά ηελ άζθεζε ηάζεο, νη επηζηξώζεηο αλζξαθηθνύ αζβεζηίνπ γιηζηξνύλ, απνξξνθώληαο ελέξγεηα. Δμαηηίαο απηήο ηεο κηθξνδνκήο, ην θέιπθνο ηνπ abalone κπνξεί λα είλαη αλζεθηηθό ζηε ζξαύζε. ηε ζπλέρεηα, ην καιάθην κπνξεί θαη επηδηνξζώλεη ηηο αηέιεηεο πνπ δεκηνπξγνύληαη. [Φση.: UCSDJacobs School of Engineering] Οη Meyers θαη Lin κειέηεζαλ θαη κέηξεζαλ ηελ αλάπηπμε ηνπ θέιπθνπο. Υξεζηκνπνίεζαλ ηκήκαηα ηνπ καλδχα απφ ηα θειχθε δηαθνξεηηθψλ abalones, θφιιεζαλ γπάιηλεο αληηθεηκελνθφξεο πιάθεο 15mm ζην θέιπθνο θαη αξγφηεξα απνηξάβεμαλ ηηο αληηθεηκελνθφξεο ζε δηαθνξεηηθά ρξνληθά δηαζηήκαηα κειεηψληαο ηελ αλάπηπμε κε ειεθηξνληθφ κηθξνζθφπην δηεξρφκελεο δέζκεο (ΣΔΜ). Σα επίπεδα καξγαξηηαξνεηδή δείγκαηα απνθάιπςαλ φηη πεξίπνπ θάζε 10κm ν καλδχαο ηνπ abalone άξρηδε ηελ θαζίδεζε ηνπ αλζξαθηθνχ αζβεζηίνπ. Σφηε, άξρηδε θαη ν ζρεκαηηζκφο ησλ επηζηξψζεσλ, κε αλάπηπμε πάρνπο 0.5κm θαη ζηαδηαθή επέθηαζε ηνπ κεγέζνπο ηνπο θαηαιήγνληαο ζε εμαγσληθφ ζρήκα ζε αλεμάξηεηεο επηζηξψζεηο κέρξη λα εθάπηνληαη ζηηο γεηηνληθέο. Με θσηνγξάθηζε απφ επάλσ, ε επηθάλεηα αλάπηπμεο ηνπ θειχθνπο έρεη ην ζρήκα ρξηζηνπγελληάηηθνπ δέλδξνπ (εηθφλα 28), δεδνκέλνπ φηη νη επηζηξψζεηο πξνζηίζεληαη πην γξήγνξα απ φηη γεκίδνπλ ηα ζηξψκαηα. [31], [32] Δηθόλα 28: Η δνκή ηνπ θειύθνπο έρεη ππξήλεο αλάπηπμεο ζε απόζηαζε κεηαμύ ηνπο, από ηνπο νπνίνπο ζηνίβεο εμαγσληθώλ επηζηξώζεσλ αλζξαθηθνύ αζβεζηίνπ αλαπηύζζνληαη. Η αλώηεξε θαη θαηώηεξε επηθάλεηα ησλ επηζηξώζεσλ δηαρσξίδνληαη από ζπγθνιιεηηθή πξσηεΐλε, ε νπνία όκσο δε ζπλδέεη ηηο αθκέο ηνπο. [Φση.: UCSDJacobs School of Engineering] 23

25 7.2.κάιην δνληηώλ Η αληνρή θαη ε αλζεθηηθφηεηα ηνπ ζκάιηνπ πξνθχπηεη απφ ηνλ κνλαδηθφ ηξφπν κε ηνλ νπνίν νη θξχζηαιινη νξγαλψλνληαη ζε παξάιιειεο δεζκίδεο πνπ νλνκάδνληαη ξάβδνη (rods). ηελ έξεπλα (2005) ηνπ Ιλζηηηνχηνπ Forsyth ηεο Βνζηψλεο ζε ακεινγελίλε πνληηθηνχ, παξνπζηάζηεθε φηη ε πξσηεΐλε ακεινγελίλε (amelogenin) παίδεη ξφιν θιεηδί ζηνλ έιεγρν ηεο νξγάλσζεο θαη ηεο αλάπηπμεο ησλ θξπζηάιισλ θαζψο θαη ζηνλ ηξφπν ιεηηνπξγίαο ηνπο. Δπηπιένλ, πξνζδηνξίζηεθε φηη ε λενζρεκαηηδφκελε δνκή ηνπ ζκάιηνπ πξνθχπηεη σο απνηέιεζκα ησλ αληηδξάζεσλ κεηαμχ ησλ ζρεκαηηδφκελσλ θξπζηάιισλ θαη ησλ ζπλαζξνηδφκελσλ πξσηετλψλ θαη φρη σο ζπλεπαθφινπζν, φπσο ζπκβαίλεη θαηά ηνλ ζρεκαηηζκφ άιισλ ηζηψλ φπσο ηα νζηά θαη ε νδνληίλε. Ο καθξνπξφζεζκνο ζηφρνο είλαη ε αλάπηπμε βηνκηκηηηθψλ λαλνδνκψλ κε ηδηφηεηεο φκνηεο κε απηέο ηνπ νδνληηθνχ ζκάιηνπ. ε ηέηνηεο εθαξκνγέο, ζα απαηηείηαη ε ζπλεξγαζία ρεκείαο, βηνθπζηθήο, βηνινγίαο θαη ηερλνινγίαο πιηθψλ. Δξεπλεηέο ηνπ Ιλζηηηνχηνπ Fraunhofer ηεο Γεξκαλίαο κε ην Kennametal Widia ηεο Ιλδίαο, ζπλεξγάδνληαη γηα ηε δεκηνπξγία κφληκα θνθηεξψλ ιεπίδσλ, εκπλεπζκέλνη απφ ηα δφληηα ησλ αξνπξαίσλ. Σα δψα απηά είλαη γλσζηά γηα ηα κνλίκσο θνθηεξά δφληηα ηνπο κε ηα νπνία έρνπλ ηελ ηθαλφηεηα λα δαγθψλνπλ μχιν, κέηαιιν, αθφκε θαη ηζηκέλην. ε αληίζεζε κε ηνπο αλζξψπνπο θαη ηα πεξηζζφηεξα ζειαζηηθά, ηα δφληηα ηνπο πνπ αλαπηχζζνληαη αδηάθνπα δελ είλαη πιήξσο θαιπκκέλα κε ζκάιην. Η κπξνζηηλή επηθάλεηα δηαζέηεη έλα ζθιεξφ θαη ζπγρξφλσο εμαηξεηηθά ιεπηφ ζηξψκα ζκάιηνπ ζε ζρήκα πεηάινπ, αιιά ζην πίζσ κέξνο βξίζθεηαη ε καιαθή νδνληίλε πνπ ζηαζεξνπνηεί κεραληθά ην δφληη. Η νδνληίλε θαηαπνλείηαη κέζσ ηεο κάζεζεο, αθήλνληαο λα εμέρεη αηρκεξφ ην κέξνο ηνπ ζκάιηνπ. Η εηθφλα 29 παξνπζηάδεη ην ζρέδην ησλ ιεπίδσλ, νη νπνίεο θαηαζθεπάζηεθαλ κε ηνλ ίδην ηξφπν. [32] Δηθόλα 29: Οη εμσηεξηθέο επηθάλεηεο ησλ ιεπίδσλ έρνπλ επίζηξσζε ζθιεξνύ θεξακηθνύ πιηθνύ. Φση. Fraunhofer UMSICHT 24

26 8.Έμπνευςη από τα πουλιά 8.1.Αεξνζθάθε κε θηεξά κεηαβαιιόκελνπ ζρήκαηνο Πάλσ απφ 100 έηε κεηά ηελ αλαθάιπςε ησλ αεξνζθαθψλ, νη εξεπλεηέο πξνο αλαθάιπςε αεξνζθαθψλ λένπ ζρεδηαζκνχ αλαδεηνχλ ηελ θαζνδήγεζε ηεο θχζεο. Σα αεξνζθάθε πιένλ, ηείλνπλ λα εμεηδηθεχνληαη θαη λα βειηηζηνπνηνχληαη γηα εηδηθέο ζπλζήθεο πηήζεσλ. Απηή ε εμεηδίθεπζε ζην ζρεδηαζκφ έξρεηαη ζε αληίζεζε κε ηα πηελά ηνπ βηνινγηθνχ θφζκνπ. Σα πνπιηά ρξεζηκνπνηνχλ αμηνζεκείσηεο αιιαγέο ζην ζρεκαηηζκφ ηνπο ψζηε λα επηηχρνπλ ηελ πηήζε ηνπο ζε δηαθνξεηηθέο ζπλζήθεο. Μεηαβάιινληαο είηε ηε ζέζε ησλ θηεξψλ ηνπο είηε παξαηάζζνληαο κεκνλσκέλα θηεξά, ηα πνπιηά είλαη ηθαλά λα ειέγρνπλ ην ζψκα ηνπο γηα λα αληαπνθξηζνχλ ζηηο κεηαβαιιφκελεο απαηηήζεηο ησλ πηήζεσλ. Δλ νιίγνηο, ηα πνπιηά έρνπλ δηαξθψο κεηαβαιιφκελε θαη πξνζαξκνδφκελε αληαπφθξηζε, ηθαλφηεηα πνπ νη κεραληθνί πξνζπαζνχλ λα αθνκνηψζνπλ ζην ζρεδηαζκφ αεξνζθαθψλ. Η πηήζε ησλ πεξηζζφηεξσλ πνπιηψλ ηείλεη λα θαιχπηεη έλα επξχ θάζκα θηλήζεσλ, απφ αξγή θίλεζε, κεηεσξηζκνχο κέρξη δπλακηθέο θαηαδχζεηο θαη θαηαδηψμεηο, ιφγσ ησλ κεγάισλ αιιαγψλ ζηα θηεξά ηνπο θαη ηελ νπξά ηνπο. Πνιιέο απφ ηηο αιιαγέο ζρήκαηνο πξαγκαηνπνηνχληαη θαηά ηελ πηήζε νιίζζεζε (δει. θαηά ηελ πηήζε φπνπ δελ θνπλνχλ ηα θηεξά ηνπο) γηα ηελ αιιαγή ηεο δίεδξεο γσλίαο, ηεο πεξηνρήο πηήζεο, ηνπ θαηαθφξπθνπ θέληξνπ βάξνπο θαη άιιεο παξακέηξνπο. Απηέο νη αιιαγέο βνεζνχλ ην πηελφ γηα ηελ ηαρεία κεηάβαζή ηνπ κεηαμχ απνγείσζεο, θίλεζεο κε κέηξηα ηαρχηεηα θαη θαηάβαζεο. Ο ζρεδηαζκφο ελφο αεξνζθάθνπο κεηαβιεηνχ ζρήκαηνο εμαξηάηαη ζε κεγάιν βαζκφ απφ ην ζρήκα, ην βάξνο θαη ηνλ αλακελφκελν ξφιν ηνπ. Απηφ ζεκαίλεη φηη δελ ππάξρεη παγθφζκην βαζηθφ ζρέδην θαη θάζε πξνζέγγηζε εμαξηάηαη νινθιεξσηηθά απφ ην ίδην ην φρεκα. Γηα παξάδεηγκα, έλα ππεξερεηηθφ αεξνζθάθνο κεηαβιεηνχ ζρήκαηνο αλακέλεηαη λα είλαη εληειψο δηαθνξεηηθφ ζε ζρήκα θαη ραξαθηεξηζηηθά απφ έλα πςειήο αληνρήο κε επηβαηηθφ αεξνζθάθνο (UAV: Unmanned Aerial Vehicle). Δηθόλα 30: Αεξνζθάθνο κεηαβιεηνύ ζρήκαηνο ηνπ παλεπηζηεκίνπ ηεο Florida Ο ζρεδηαζκφο ελφο ηέηνηνπ αεξνζθάθνπο βαζίδεηαη ηζρπξά ζε παιαηφηεξν ζρέδην κηθξνχ αεξνζθάθνπο πνπ αλαπηχρζεθε ζην Παλεπηζηήκην ηεο Florida (εηθφλα 30). Η βαζηθή δηάηαμή ηνπ είλαη παξαδνζηαθή θαζψο απνηειείηαη απφ κία επηθάλεηα, νξηδφληηνπο θαη θαηαθφξπθνπο ζηαζεξνπνηεηέο θαη κία πξνσζεηηθή έιηθα. Δθηφο απφ ηνπο κεραληζκνχο κεηαβνιήο ζρήκαηνο, ην αεξνζθάθνο είλαη εμνπιηζκέλν κε νπξαίν πηεξχγην ειέγρνπ χςνπο, πεδάιην θαη κεραληζκφ απμνκείσζεο ζηξνθψλ θηλεηήξα. Ο ζθειεηφο ηνπ είλαη ζε κεγάιε αλαινγία απφ αλζξαθνλήκαηα θαη mylar πιαζηηθφ. Η κνλνζέζηα άηξαθηνο απνηειείηαη θαη απηή απφ αλζξαθνλήκαηα. Με κέγεζνο πιήξνπο αλνίγκαηνο θηεξψλ κφιηο 24 ίληζεο (60.96cm), ην αεξνζθάθνο αλήθεη ζηελ θαηεγνξία ησλ κηθξν-νρεκάησλ. Η επηθάλεηα ηεο νπξάο ηνπ απνηειείηαη απφ ηαηλίεο αλζξαθνλεκάησλ. Οη πεξηκεηξηθέο ηαηλίεο ππνζηεξίδνπλ ηε ζπλνιηθή δηάηαμε ελψ νη εζσηεξηθέο ηελ αθακςία ηεο επηθάλεηαο. Πιαζηηθφ mylar ρξεζηκνπνηήζεθε γηα επηθάιπςε ζηελ νπξά θαη ζε ηκήκαηα ησλ θηεξψλ. Η ηειηθή δνκή πξνζζέηεη κηθξφ βάξνο ζην φρεκα παξφια απηά είλαη αξθεηά ηζρπξή λα αληέμεη ειαθξηά θνξηία θαη πεξηζηαζηαθέο θξνχζεηο. 25

27 Η δνκή ησλ πηεξπγίσλ απνηειείηαη απφ κία ιεπηή κεκβξάλε κε θακππιφηεηα ζην θάησ κέξνο ζηεξεσκέλε ζε ζχζηεκα ζπλδεζκνινγίαο ιεπηψλ ζηπιίζθσλ. Σν κεκβξαλψδεο πηεξχγην είλαη πξνζαξκνζκέλν ζε έλα ζεκείν ζηνλ εζσηεξηθφ ζηπιίζθν θαη επηηξέπεη ηελ πεξηζηξνθή γχξσ απφ ηνλ εμσηεξηθφ. Η επηθάλεηα ησλ πηεξπγίσλ απνηειείηαη απφ ιεπηά αλζξαθνλήκαηα επηθαιπκκέλα κε ζπλδπαζκφ ειαζηηθνχ latex θαη πιαζηηθνχ mylar. Σν πιαζηηθφ mylar ρξεζηκνπνηείηαη ζε πεξηνρέο γχξσ απφ ηνλ ζηπιίζθν, φπνπ νη παξακνξθψζεηο ιφγσ ηεο κεηαβνιήο ζρήκαηνο είλαη κηθξέο. Σν latex πνπ θαιχπηεη ηελ αθκή ηνπ θηεξνχ επηηξέπεη απμεκέλε επεθηαζηκφηεηα γηα ηελ πξνζαξκνγή ηεο δνκήο ζηηο πξνθχπηνπζεο αηέιεηεο απφ ηελ αιιαγή ζρήκαηνο. Η εχθακπηε δνκή ησλ θηεξψλ βαζίδεηαη ζηελ ππφζεζε ηεο πξνζαξκνζηηθήο εμάιεηςεο ησλ ξηπψλ αλέκσλ θαη ησλ αλαηαξαρψλ. Σν πηεξχγην κνξθνπνηείηαη κεξηθψο απφ κία ζέζε ηζνξξνπίαο κέζσ αεξνδπλακηθήο. Απηή ε κνξθνπνίεζε έρεη σο απνηέιεζκα ηελ απνξξφθεζε κεξηθψλ απφ ησλ δπλάκεσλ πνπ αζθνχληαη ζην αεξνζθάθνο θαη κεηψλεη ηηο αλαηαξάμεηο πνπ «αηζζάλνληαη» ε άηξαθηνο θαη ηα ππφινηπα κέξε ηνπ αεξνζθάθνπο. ην θάησ κέξνο ησλ θηεξψλ βξίζθεηαη έλαο κηθξφο ελεξγνπνηεηήο πνπ πεξηζηξέθεη έλα ηκήκα ηνπ θηεξνχ γχξσ απφ ηνλ ζηπιίζθν, απμάλνληαο ή κεηψλνληαο ηελ ηνπηθή γσλία. Κάζε αηρκή ηνπ θηεξνχ κπνξεί λα ππνζηεί γσληαθή εθηξνπή ζε εχξνο -20 ν σο 20 ν. Έλαο ηειηθφο βαζκφο ειεπζεξίαο ζηελ αιιαγή ζρήκαηνο επηηπγράλεηαη κέζσ ελφο ζπζηήκαηνο 4 κεξψλ (εηθφλα 31-33). Μία ηέηνηα δνκή επηηξέπεη ζην θηεξφ λα παίξλεη ην ζρήκα ησλ θηεξψλ ηνπ γιάξνπ ή ηνπ γεξαλνχ. Δθαξκφδεηαη ζπκκεηξηθά θαη ζηα δχν θηεξά κέζσ γξακκηθνχ ελεξγνπνηεηή, θαηά ηελ νπνία νη εζσηεξηθνί ζηπιίζθνη πεξηζηξέθνληαη πεξίπνπ αμνληθά ζηηο πιεπξέο ηεο αηξάθηνπ. Παξφιν πνπ αξθεηνί ζχλδεζκνη ρξεζηκνπνηνχληαη ζε φιν ην αεξνζθάθνο, ζρεηηθά κηθξφ βάξνο πξνζηίζεηαη ζπγθξηηηθά κε ηελ αξρηθή δνκή ηνπ. Δηθόλα 31: Οπδέηεξε (κεδεληθή) εθηξνπή ηνπ κεραληζκνύ. Δηθόλα 32: Θεηηθή εθηξνπή ηνπ κεραληζκνύ. Δηθόλα 33: Αξλεηηθή εθηξνπή ηνπ κεραληζκνύ. Σν εχξνο ηεο θίλεζεο ησλ θηεξψλ είλαη 30 ν ζεηηθά (εηθφλα 30) θαη 20 ν αξλεηηθά (εηθφλα 33). Ο γσληαθφο ιφγνο κεηαμχ ηνπ εμσηεξηθνχ επηπέδνπ ηνπ θηεξνχ θαη ηνπ εζσηεξηθνχ πξνζαξκφδεηαη απφ ηε ζπλδεηηθή δηάηαμε θάησ απφ ην θηεξφ. Μία πιήξεο θίλεζε ρξεηάδεηαη πεξίπνπ 10 δεπηεξφιεπηα. Γνθηκή πηήζεο κε αξλεηηθή εθηξνπή ησλ θηεξψλ θαη ζπγθεθξηκέλα ζε -10 ν, ραξαθηεξίζηεθε απφ απμεκέλε επαηζζεζία ρεηξηζκνχ θαη πςεινχο ιφγνπο καλνχβξσλ. Η παξακηθξή εθηξνπή απφ ηελ πνξεία παξέηεηλε ηελ αληζφηεηα κεηαμχ ησλ θηεξψλ θαη πξνθαινχζε ζην αεξνζθάθνο ηελ απψιεηα ζηαζεξφηεηαο. Αλάθακςε απφ απηή ηελ θαηάζηαζε απαηηνχζε ζεκαληηθφ πςφκεηξν. Αληηζέησο, ε ζεηηθή εθηξνπή ησλ θηεξψλ εκθάληδε θαιχηεξα ραξαθηεξηζηηθά, θαη ήηαλ ιηγφηεξν επηξξεπείο ζην λα ράζνπλ ηε ζηήξημή ηνπο ζε θαηάζηαζε ιεηηνπξγίαο ή κε ιεηηνπξγίαο. Καη ζηηο δχν πεξηπηψζεηο, φηαλ ππήξρε αζηάζεηα ε αλάθακςε ήηαλ άκεζε κε κηθξή κεηαβνιή ζηελ πνξεία πηήζεο. Τςειφηεξεο 26

28 ζεηηθέο γσλίεο κπνξεί λα εκθάληδαλ κεγαιχηεξεο αζηάζεηεο, αιιά πάιη ε αλάθακςε απφ απηή ηελ θαηάζηαζε ήηαλ άκεζε.[33] 9.Καταςκευή υπέρλεπτων υλικών 9.1.Έκπλεπζε από ην ιεπθό ζθαζάξη Cyphochilus χκθσλα κε έξεπλεο ηνπ παλεπηζηεκίνπ ηνπ Exeter, έλα δπζλφεην είδνο ζθαζαξηνχ κπνξεί λα καο δηδάμεη ηελ παξαγσγή ιεπθψλ ππέξιεπησλ πιηθψλ. Σν ζθαζάξη Cyphochilus έρεη αλαπηχμεη ηελ θσηεηλή ηνπ ιεπθφηεηα ρξεζηκνπνηψληαο κία κνλαδηθή δνκή επηθάλεηαο. Μφιηο 5κm πάρνο, νη θνιίδεο ηνπ είλαη δέθα θνξέο ιεπηφηεξεο απ φηη απηέο ηεο αλζξψπηλεο ηξίραο. Βηνκεραληθά πιηθά επηθαιχςεσλ φπσο απηέο πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζε πςειήο πνηφηεηαο ραξηί, πιαζηηθφ θαη ζε κεξηθέο βαθέο ρξεηάδνληαη δηπιάζην πάρνο γηα λα γίλνπλ ηφζν ιεπθά. χκθσλα κε κεηξήζεηο ISO γηα ηε ιεπθφηεηα θαη θσηεηλφηεηα, ην ζθαζάξη είλαη πεξηζζφηεξν ιεπθφ θαη θσηεηλφ απ φηη ην γάια θαη ην κέζν αλζξψπηλν δφληη ηα νπνία ζεσξνχληαη κεγαιχηεξνπ πάρνπο. Σν ζθαζάξη αλέπηπμε κία ηέηνηα ηθαλφηεηα ιφγσ ηνπ φηη ην ιεπθφ ηνπ ρξψκα κπνξεί λα ηνπ πξνζθέξεη θακνπθιάδ αλάκεζα ζηνπο ιεπθνχο κχθεηεο πνπ βξίζθνληαη ζην πεξηβάιινλ ηνπ. Σν ρξψκα είηε ζηε θχζε είηε ζηελ ηερλνινγία κπνξεί λα παξαρζεί κε θπζηθή ρξσκάησζε ηζηψλ ή κε δηαηεηαγκέλα ζηξψκαηα. Η ιεπθφηεηα φκσο, δεκηνπξγείηαη κέζσ κίαο ηπραίαο δνκήο ε νπνία παξάγεη δηαζθνξπηζκφ φισλ ησλ ρξσκάησλ ηαπηφρξνλα. Δηθόλα 34: Φσηνγξαθία ηνπ ιεπθνύ ζθαζαξηνύ Cyphochilus [θση. Με ηε ρξήζε ειεθηξνληθήο κηθξνζθνπίαο θαη κειεηψληαο ην ζψκα, ην θεθάιη θαη ηα πφδηα ηνπ ζθαζαξηνχ, βξέζεθε φηη είλαη φια θαιπκκέλα κε καθξηέο επίπεδεο θνιίδεο κε ηπραίεο εζσηεξηθέο ηξηζδηάζηαηεο δνκέο. Απηή ε άηαθηε δνκή είλαη ην θιεηδί ηεο κνλαδηθήο θαη απνηειεζκαηηθήο αλάθιαζεο ηνπ θσηφο.[34] Η ειεθηξνληθή κηθξνζθνπία απνθάιπςε φηη νη θνιίδεο απνηεινχληαη απφ κία κάδα κε θαηλνκεληθά ηπραία δηαηεηαγκέλα λήκαηα ην θαζέλα 250nm πιάηνο πεξίπνπ. Η ηπραία κηθξνζθνπηθή δνκή είλαη ην θιεηδί γηα ηελ παξαγσγή ηνπ ιεπθνχ ρξψκαηνο πνπ ζπλάγεη ηελ αλάθιαζε φισλ ησλ κήθσλ θχκαηνο απφ κία επηθάλεηα. Αλ ε επηθάλεηα πεξηέρεη θάπνην επαλαιακβαλφκελν πξφηππν ηφηε ζα ζπκβαίλεη αλάθιαζε κήθσλ θχκαηνο πνπ πιεξνχλ απηφ ην πξφηππν. [35] Οη δηδηάζηαηνη κεηαζρεκαηηζκνί Fourier πνπ εθαξκφζηεθαλ ζηηο ιεθζείζεο εηθφλεο ηεο ειεθηξνληθήο κηθξνζθνπίαο (εηθφλα 35) επηβεβαίσζαλ ηελ απνπζία θαζνξηζκέλεο πεξηνδηθφηεηαο. Υξεζηκνπνηήζεθαλ εηθφλεο πεξίζιαζεο κε ηελ πξνζπίπηνπζα δέζκε ζε κεκνλσκέλεο θνιίδεο. Με ηε ρξήζε πεξηζζφηεξσλ ζπγθεθξηκέλσλ θνιίδσλ θαη νδεγψληαο ηε ρακειήο έληαζεο δέζκε ζην θέληξν θάζε θνιίδαο, ιήθζεθαλ εηθφλεο ηεο αλαθιψκελεο θαη ηεο δηεξρφκελεο δέζκεο ζε ζθαηξηθέο νζφλεο. Οη πξνθχπηνπζεο εηθφλεο πεξίζιαζεο επηβεβαίσζαλ ηνπο κεηαζρεκαηηζκνχο Fourier θαη ηε λεκαηνεηδή κνξθή σο αηηία ηεο ιεπθφηεηαο. 27

29 Δηθόλα 35: (Α) Γηάηαμε ησλ ιεπθώλ θνιίδσλ ηνπ ζθαζαξηνύ. (Β) Δηθόλα κηθξνζθνπίνπ ζάξσζεο (SEM) πνπ παξνπζηάδεη ηελ αθκή κίαο από ηηο θνιίδεο ηεο εηθόλαο Α. (C) Δηθόλα κηθξνζθνπίνπ δηεξρόκελεο δέζκεο (ΣΔΜ) ηεο πεξηνρήο πνπ δείρλεη ε Β. Η θιίκαθα ζηελ Α είλαη 1.0mm θαη ζηηο Β θαη C 3.0κm. Ο φγθνο πνπ θαηαιακβάλεη ε λεκαηνεηδήο επηθάλεηα είλαη πεξίπνπ 70%. Απηφ θαίλεηαη λα βειηηζηνπνηεί ηελ έληαζε αλάθιαζεο κεγηζηνπνηψληαο ηελ ππθλφηεηα ησλ θέληξσλ αλάθιαζεο ελψ απνθεχγεη ηε ζεκαληηθφ νπηηθφ «ζπλσζηηζκφ», ν νπνίνο ζπκβαίλεη φηαλ ην πεδίν αθηηλνβνιίαο ζπζρεηίδεηαη κε ηελ αιιειεπηθάιπςε ησλ θέληξσλ αλάθιαζεο. Πξνθαιεί ζην ζχζηεκα ηελ πηνζέηεζε ραξαθηεξηζηηθά ιηγφηεξσλ θαη κεγαιχηεξσλ θέληξσλ αλάθιαζεο φηαλ ε απφζηαζή ηνπο γίλεηαη πνιχ κηθξή. Σν ζρεηηθά πςειφ θιάζκα θελνχ ζηηο θνιίδεο ηνπ ζθαζαξηνχ Cyphochilus παξνπζηάδεηαη σο ζεκαληηθφ κέξνο ηεο ηθαλφηεηαο ηνπ ζπζηήκαηνο αλάθιαζεο ηνπ θσηφο. ε ζπλδπαζκφ κε ηε κε-πεξηνδηθφηεηα θαη ηνλ δείθηε αληίζεζεο πνπ θηάλεη πεξίπνπ ην 0.56, δεκηνπξγνχλ έληνλε νπηηθή ιεπθφηεηα γηα πεξηνξηζκέλν πάρνο. Η πνηφηεηα ηεο ιεπθφηεηαο θαη ηεο θσηεηλφηεηαο ηνπ ζθαζαξηνχ κεηξήζεθε ζχκθσλα κε ηνλ Γηεζλή Οξγαληζκφ Πξνηχπσλ (International Organization for Standardization). Οη ηηκέο ιεπθφηεηαο θαη θσηεηλφηεηαο κεηξήζεθαλ 60 θαη 65 αληίζηνηρα, ππνδειψλνληαο πνζνηηθά αμηνζεκείσηε πνιπθπκαηηθή αλάθιαζε γηα ζπζηήκαηα πάρνπο κφιηο 5κm. ε ζπλζεηηθά ζπζηήκαηα φπνπ ε ιεπθφηεηα είλαη επηζπκεηή, είλαη αλαγθαία ε δνκή κεγαιχηεξνπ πάρνπο. Γηα παξάδεηγκα, ηα ζπκβαηηθά ιεπθά ραξηηά πνπ απνηεινχληαη απφ ηπραία δίθηπα απνρξσκαηηζκέλσλ θπηηαξηληθψλ ηλψλ κπνξνχλ θαζ ππέξβαζε λα είλαη 25 θνξέο παρχηεξα απφ ηηο θνιίδεο ηνπ ζθαζαξηνχ Cyphochilus θαη λα απνδίδνπλ κφιηο ην 8% ηεο θσηεηλφηεηαο. Αλζξαθηθά ή θανιηληθά εγθιείζκαηα πξνζηίζεληαη ζηηο επηθαιχςεηο ησλ ραξηηψλ γηα ηελ ελίζρπζε θαη ηε βειηίσζε ηνπ ιεπθνχ, παξφια απηά, κεκνλσκέλα ζηξψκαηα επηθάιπςεο αλζξαθηθνχ αζβεζηίνπ πάρνπο 5mm έρνπλ θσηεηλφηεηα κφιηο 40 σο 50 κε αξθεηά θησρή αδηαθάλεηα ψζηε ε ηηκή ιεπθφηεηάο ηνπο λα είλαη αζήκαληε. Παξνκνίσο, ε ιεπθφηεηα ησλ αλζξψπηλσλ νδφλησλ θπξηαξρείηαη απφ πνιπθπκαηηθή αλάθιαζε απφ ηνπο θξπζηάιινπο πδξνμπ-απαηίηε ζε πάρνο σο 2mm ηνπ νδνληηθνχ ζκάιηνπ. Γεληθά ζεσξνχληαη ιεπθά, αιιά ε θαιχηεξε θπζηθή ιεπθφηεηα θαη θσηεηλφηεηά ηνπο είλαη ζρεηηθά κηθξέο. Σα ηππηθά δφληηα ησλ κσξψλ παξνπζηάδνπλ ιεπθφηεηα θάησ ηνπ 40 θαη θσηεηλφηεηα πεξίπνπ 53, κε πςειή απνξξφθεζε ζηα θπαλά κήθε θχκαηνο.[36] ηα δηαγξάκκαηα[37] 3 θαη 4 παξνπζηάδνληαη ηα απνηειέζκαηα θσηεηλφηεηαο ζε ζρέζε κε ην πάρνο ηνπ πιηθνχ θαη ηεο αλαθιαζηηθφηεηαο κε ην κήθνο θχκαηνο. Όπνπ GCC Ground Calcium Carbonate θαη PCC Polymer-Cement Composite. 28

30 Γηάγξακκα 3: Γηάγξακκα θσηεηλόηεηαο ζε ζρέζε κε ην πάρνο ηνπ πιηθνύ. Η ηηκή θσηεηλόηεηαο ηνπ ζθαζαξηνύ Cyphochilus γηα πάρνο 5κm ππεξηεξεί όισλ ησλ πιηθώλ πνπ παξνπζηάδνληαη. Σν δηάγξακκα 3 παξνπζηάδεη ηελ ηηκή θσηεηλφηεηαο ηνπ ζθαζαξηνχ γηα ην πάρνο ησλ 5κm. Καλέλα απφ ηα παξνπζηαδφκελα πιηθά δε θηάλεη ηε ζπγθεθξηκέλε ηηκή γηα ηφζν κηθξφ πάρνο. πγθεθξηκέλα, ρξεηάδεηαη ην δηπιάζην πάρνο ηνπ PCC γηα λα επηηχρεη ηέηνηα ηηκή. Γηάγξακκα 4: Γηάγξακκα αλαθιαζηηθόηεηαο ζε ζρέζε κε ην κήθνο θύκαηνο. ηα παξνπζηαδόκελα πιηθά ε αλαθιαζηηθόηεηα κεηώλεηαη κε ηελ αύμεζε ηνπ κήθνπο θύκαηνο, ζε αληίζεζε κε ηελ αλαθιαζηηθόηεηα ηεο επηθάλεηαο ηνπ ζθαζαξηνύ Cyphochilus πνπ παξακέλεη ζηαζεξή ζε όια ηα κήθε θύκαηνο. Σν δηάγξακκα 4 παξνπζηάδεη ηνλ πνιπθπκαηηθφ ραξαθηήξα αλάθιαζεο ηνπ ζθαζαξηνχ, θαζψο ε αλαθιαζηηθφηεηα παξακέλεη ζηαζεξή θαη ζε πςειή ηηκή γηα φια ηα κήθε θχκαηνο. 29

31 10.Έμπνευςη από τισ νυχτερίδεσ 10.1.Όξαζε κέζσ Αθνήο Bat Cane ην ζθνηάδη, νη λπρηεξίδεο θαζνδεγνχληαη θπλεγψληαο ην ζήξακά ηνπο ρσξίο λα ην βιέπνπλ, ρξεζηκνπνηψληαο παικνχο ππεξήρσλ πνπ παξάγνπλ ζηνλ ιάξπγγά ηνπο θαη ζηέιλνπλ κέζσ ηεο κχηεο ή ηνπ ζηφκαηφο ηνπο. Σα επαίζζεηα απηηά ηνπο ιακβάλνπλ ηελ ερψ ησλ θπκάησλ πνπ αλαθιψληαη πίζσ απφ ηα αληηθείκελα πνπ βξίζθνπλ θαη νη λπρηεξίδεο ρξεζηκνπνηνχλ ην ρξφλν θαη ην ζρήκα ησλ επηζηξεθφκελσλ θπκάησλ γηα λα ππνινγίζνπλ ηε ζέζε, ην ζρήκα θαη ηελ πθή ηνπο. Απηή ε εμαηξεηηθή πξνζαξκνζηηθφηεηα πνπ θαζηζηά ηθαλέο ηηο λπρηεξίδεο λα αληρλεχνπλ αληηθείκελα ηφζν ιεπηά φζν κηα αλζξψπηλε ηξίρα ηνπο επηηξέπεη λα επδνθηκνχλ ηε λχρηα φπνπ ππάξρεη κηθξφηεξνο αληαγσληζκφο γηα ην θπλήγη εληφκσλ. Οη εξεπλεηέο ηνπ Παλεπηζηεκίνπ Leeds δεκηνχξγεζαλ κία ζπζθεπή βαζηδφκελε ζην ζφλαξ ησλ λπρηεξίδσλ, παξάγνληαο έλα πηπζζφκελν κπαζηνχλη απφ άλζξαθα θαη γξαθίηε γηα ηε ρξήζε απφ αλζξψπνπο πνπ δελ έρνπλ ηελ αίζζεζε ηεο φξαζεο. Ολνκάδεηαη UltraCane θαη εθπέκπεη ππεξερεηηθά θχκαηα πνπ αλαθιψληαη ζηα αληηθείκελα πνπ βξίζθνπλ ζε απφζηαζε 4m θαη ζηέιλνπλ ζήκαηα ζην ρξήζηε κέζσ δηαθνξεηηθψλ θνπκπηψλ δφλεζεο ζηε ρεηξνιαβή. Οη δνλήζεηο ππνδεηθλχνπλ ηε δηεχζπλζε, ην χςνο θαη ηελ απφζηαζε ησλ αληηθεηκέλσλ. πγθεθξηκέλα, δηαθνξεηηθά θνπκπηά δειψλνπλ ηε δηεχζπλζε ησλ αληηθεηκέλσλ θαη ε ηζρχο ησλ δνλήζεσλ ηελ απφζηαζή ηνπο. Σν ίδην ηκήκα ηνπ εγθεθάινπ πνπ ρξεζηκνπνηεί κηα λπρηεξίδα γηα ηνλ πξνζαλαηνιηζκφ ησλ θηλήζεψλ ηεο βνεζά θαη ηνλ άλζξσπν λα επεμεξγαζηεί ηηο δνλήζεηο ησλ θνπκπηψλ ψζηε λα θαηαζθεπάζεη έλαλ ρσξηθφ ράξηε ζην κπαιφ ηνπ γηα ην πψο ηα αληηθείκελα δηαηάζζνληαη, επηηξέπνληαο ζηνλ άλζξσπν λα πεξπαηά πην γξήγνξα θαη κε απηνπεπνίζεζε φπσο ζα έθαλε κε έλα θνηλφ ιεπθφ κπαζηνχλη.[38] Δηθόλα 36: Η ιαβή ηνπ Ultracane πεξηιακβάλεη δύν ππεξερεηηθνύο κεηαζρεκαηηζηέο: έλαλ κε κπξνζηηλή θαηεύζπλζε θαη έλαλ κε θαηεύζπλζε πξνο ηα άλσ, θαζώο θαη κία ςειαθεηή νζόλε κε ηέζζεξηο κεηαζρεκαηηζηέο. [θση. Dean Waters] Σν Ultracane πνπ νλνκάδεηαη θαη Batcane ρξεηάδεηαη ιίγε εμάζθεζε γηα ηελ νξζή ρξήζε ηνπ θαη ην 73% ησλ ρξεζηψλ έλησζε απηνπεπνίζεζε κέζα ζε κία εβδνκάδα. Γεληθά, είλαη εξγνλνκηθφ κεηψλνληαο ηνλ θίλδπλν ηξαπκαηηζκψλ, είλαη ρακεινχ θφζηνπο αθνχ ρξεζηκνπνηεί δχν επαλαθνξηηδφκελεο κπαηαξίεο θαη κπνξεί λα πξνζαξκνζηεί ψζηε λα ηαηξηάδεη ζηνλ θάζε άλζξσπν.[39] 10.2.Αζθάιεηα Αεξνδξνκίσλ Οη ζπκβαηηθνί αληρλεπηέο κεηάιισλ φπσο απηνί πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηνλ έιεγρν ζηα αεξνδξφκηα, είλαη πεξηνξηζκέλνη ζηελ αλίρλεπζε κφλν κεηαιιηθψλ αληηθεηκέλσλ. Γηαθνξεηηθέο ηερλνινγίεο φπσο νη αθηίλεο Υ γηα ηελ απεηθφληζε ηνπ πεξηερνκέλνπ ησλ απνζθεπψλ δελ είλαη θαηάιιειεο γηα ηε ρξήζε ζε αλζξψπνπο ιφγσ ηεο ηνλίδνπζαο θχζεο ηεο αθηηλνβνιίαο. Μία Ιξιαλδηθή εηαηξεία, ε Farran Technology Ltd έρεη έξζεη ζην πξνζθήλην κε λέν ζχζηεκα απεηθφληζεο πνπ κπνξεί λα «βιέπεη» φια ηα αληηθείκελα θαη φρη κφλν ηα κεηαιιηθά, κε ηε ρξήζε κφλν θπζηθήο θαη αζθαινχο ελέξγεηαο. Ολνκάζηεθε Tadar απφ ηε Βξαδηιηαλή λπρηεξίδα Tadarida θαη ρξεζηκνπνηεί θχκαηα ηεο ηάμεο ηνπ mm γηα ηελ αλίρλεπζε θαη ηαπηνπνίεζε χπνπησλ αληηθεηκέλσλ πνπ θξχβνληαη θάησ απφ ηα ξνχρα ή λα βιέπεη κέζσ νκίριεο θαη λεθψλ κε ηνλ ίδην ηξφπν πνπ θαη ε λπρηεξίδα ρξεζηκνπνηεί πςειήο ζπρλφηεηαο ζήκαηα γηα ηελ πινήγεζε θαη ηελ αλίρλεπζε ηεο ιείαο ηεο ζην ζθνηάδη. Οη πςειήο ζπρλφηεηαο παικνί εθπέκπνληαη απφ ηε λπρηεξίδα θαη αλαθιψληαη ζηα αληηθείκελα πνπ 30

32 ζπλαληνχλ, θαη εξκελεχνληαη απφ δηαθνξεηηθά είδε αηζζεηήξησλ θπηηάξσλ ζηνλ εγθέθαιν ηεο λπρηεξίδαο γηα ηνλ πξνζδηνξηζκφ ηεο ηνπνζεζίαο θαη ησλ θπζηθψλ ηδηνηήησλ απηψλ ησλ αληηθεηκέλσλ. Οη αηζζεηήξεο Tadar αληρλεχνπλ ελέξγεηα πνπ εθπέκπεηαη θπζηθά ή αλαθιάηαη απφ ηα αληηθείκελα, ρξεζηκνπνηψληαο θχκαηα 3mm πνπ είλαη απνιχησο αβιαβή ζηνπο αλζξψπνπο. ε απηφ ην κήθνο θχκαηνο ηα ξνχρα θαζίζηαληαη δηαθαλή αιιά ππθλά πιηθά φπσο εθξεθηηθά θαη φπια θξπκκέλα θάησ απφ ηα ξνχρα εκπνδίδνπλ ηε θπζηθή αθηηλνβνιία ηνπ ζψκαηνο θαη αλαθινχλ έλα θαζαξφ πξνθίι απφ ην κπινθαξηζκέλν ελεξγεηαθφ πεδίν. Σα θιεηδηά, ηα ρξήκαηα, νη ζνπγηάδεο θαη άιια αληηθείκελα πνπ ζπλήζσο θνπβαινχκε ζηηο ηζέπεο καο μερσξίδνπλ θαζαξά. Αθφκα θαη ηα φπια απφ κε-κεηαιιηθά πιηθά θαη πιαζηηθά εθξεθηηθά πνπ νη ζπκβαηηθνί αληρλεπηέο κεηάιισλ δελ κπνξνχλ λα δνπλ, αλαγλσξίδνληαη, φπσο θαη πγξέο νπζίεο. Κάζε ηχπνο πιηθνχ έρεη ηε δηθή ηνπ ζπρλφηεηα απφθξηζεο θαη παξάγεη ηε δηθή ηνπ αληηπξνζσπεπηηθή ρξσκαηηθή εηθφλα, ζρεδφλ φπσο έλα δαθηπιηθφ απνηχπσκα. Σν ζχζηεκα κπνξεί λα ιεηηνπξγεί είηε παζεηηθά είηε ελεξγεηηθά ρσξίο θάπνηα αιιαγή ζηε κεραληθή ή ηελ νπηηθή ηνπ δηάζηαζε. ηελ παζεηηθή ιεηηνπξγία ην άηνκν πνπ ζα απεηθνληζηεί πξέπεη λα ζηαζεί κπξνζηά απφ ην ζχζηεκα ελψ ζηελ ελεξγεηηθή ιεηηνπξγία ην ζχζηεκα κπνξεί λα παξάγεη ηξηζδηάζηαηεο εηθφλεο αθφκε θαη ζε απφζηαζε 50m[40]. Η πεξαηηέξσ αλάπηπμε ηνπ ζπζηήκαηνο πεξηιακβάλεη ην Stand Off ζχζηεκα αλίρλεπζεο ησλ επηθίλδπλσλ αληηθεηκέλσλ πνπ απνθξχπηνληαη απφ θάπνην άηνκν. Η ίδηα ηερληθή απεηθφληζεο ρξεζηκνπνηείηαη αιιά ην άηνκν κπνξεί λα βξίζθεηαη ζε απφζηαζε απφ ηελ θάκεξα θαη λα θσηίδεηαη κε ελεξγή κηθξνθπκαηηθή πεγή, παξέρνληαο εληζρπκέλε πξνζηαζία θαη πξψηκε αλίρλεπζε πηζαλήο απεηιήο (εηθφλα 37). Δηθόλα 37: Η απεηθνληζηηθή ηερλνινγία Stand Off έρεη ηε δπλαηόηεηα λα πξνβάιιεη ζηελ νζόλε ηα ύπνπηα αληηθείκελα από απόζηαζε. Οη αξρηθέο εθαξκνγέο ηνπ ζπζηήκαηνο Tadar είλαη ε απεηθφληζε γηα ηνλ έιεγρν ζηα αεξνδξφκηα φπνπ νη ζπκβαηηθνί αληρλεπηέο κεηάιινπ ρξεζηκνπνηνχληαη πξνο ην παξφλ. ην κέιινλ, ε ίδηα ηερλνινγία ζα κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα ηε βειηίσζε ησλ ππαξρφλησλ ζπζηεκάησλ ππεξχζξνπ πνπ θαζηζηνχλ ηθαλνχο ηνπο πηιφηνπο λα βιέπνπλ κέζα απφ ππθλά ζχλλεθα θαη νκίριε θαζψο θαη γηα ηελ ηαπηνπνίεζε μέλσλ αληηθεηκέλσλ απφ ηνπο δηαδξφκνπο απνγείσζεο.[41] 10.3.Biosonar Οη λπρηεξίδεο έρνπλ εκπλεχζεη ηνπο ζρεδηαζηέο ησλ ζπζηεκάησλ ζφλαξ κνξθνινγηθά, γηα ηελ απφθηεζε ερεηηθήο πιεξνθνξίαο θαη γηα ηελ επεμεξγαζία ηεο πιεξνθνξίαο απηήο γηα ηνλ εληνπηζκφ θαη ηελ θαηεγνξηνπνίεζή ηεο. Η δηάηαμε ηνπ ζφλαξ πνπ ρξεζηκνπνηνχλ νη λπρηεξίδεο απνηειείηαη απφ έλαλ θεληξηθφ πνκπφ πνπ πεξηβάιιεηαη απφ δχν απηηά γηα δίσηε αλίρλεπζε ηεο θηλνχκελεο ζηνλ αέξα ιείαο. Σα αξρηθά biosonars αθνινχζεζαλ ηε δνκή απηή ρξεζηκνπνηψληαο έλα κεηαηξνπέα αλαραηηίδνληαο ηνλ ζηφρν θηλνχκελνο θαηά κήθνο γξακκηθήο ηξνρηάο βαζηδφκελνο κφλν ζηελ ερεηηθή πιεξνθνξία. Γνθηκάδνληαο δηαθνξεηηθέο ζηξαηεγηθέο, ηα απνηειέζκαηα έδεημαλ φηη ε θαιχηεξε ήηαλ ην ξνκπφη λα θηλείηαη πξνο ηελ ηειεπηαία εληνπηζκέλε ζέζε. Ο εληνπηζκφο απνκνλσκέλνπ ζηφρνπ θηλνχκελνπ ζε δχν δηαζηάζεηο κπνξεί λα εθηειεζηεί εχθνια απφ έλα biosonar πεξηζηξέθνληάο ην έηζη ψζηε νη ρξφλνη άθημεο ηνπ ήρνπ πνπ αληρλεχεηαη ζε θάζε απηί λα είλαη ίζνη. Έλα ζχζηεκα πνπ ρξεζηκνπνίεζε απηή ηε ζηξαηεγηθή ήηαλ θαη ηθαλφ λα εληνπίδεη κία ηαιαληεπφκελε κπάια ζε πξαγκαηηθφ ρξφλν. Οη ερεηηθέο θπκαηνκνξθέο είλαη επαλαιακβαλφκελεο ζε θαζνξηζκέλνπο ζηφρνπο ελψ ζε ηπραίνπο ζηφρνπο επαλαιεςηκφηεηα ππάξρεη κφλν ζε ζηαηηζηηθέο θπκαηνκνξθψλ. Οη κηθξνί ζηφρνη ηαηξηάδνπλ νινθιεξσηηθά κέζα ζηελ αθηίλα ηνπ sonar έηζη ψζηε φια ηα αλαθιψκελα ραξαθηεξηζηηθά ηνπ λα παξάγνπλ ερψ. ε αληίζεζε, ηα κεγάια αληηθείκελα δελ ρσξνχλ κέζα 31

33 ζηελ αθηίλα θαη επνκέλσο ε ερψ απφ νιφθιεξν ην αληηθείκελν κπνξεί λα απνθηεζεί κέζσ ζάξσζεο, είηε κε ηελ πεξηζηξνθή ηνπ ζφλαξ γηα ηκεκαηηθή ζάξσζε ή κε γξακκηθή ζάξσζε. Καη ζηηο δχν πεξηπηψζεηο ε ερεηηθή πιεξνθνξία πξέπεη λα απνζεθεπηεί θαη λα νινθιεξσζεί γηα ηελ θαηάηαμε ηνπ ζηφρνπ. Η ηαμηλφκεζε κηθξψλ θαζνξηζκέλσλ ζηφρσλ είλαη πξνβιεκαηηθή επεηδή ηα θαηλφκελα πεξίζιαζεο ζηα δηεξρφκελα θαη ηα αληρλεπφκελα ζήκαηα πξνθαινχλ ερεηηθέο θπκαηνκνξθέο πνπ πνηθίινπλ θαζψο ε ηνπνζεζία ηνπ ζηφρνπ αιιάδεη. Με ηελ εθπνκπή ζαξσηηθήο ζπρλφηεηαο θαη ηε ρξήζε πνιχ-ερεηηθψλ ζπζηεκάησλ πνπ παξαηεξνχληαη ζηηο λπρηεξίδεο, ε αθηίλα ηνπ ζφλαξ κπνξεί λα δηαζπαζηεί ζηηο απνηεινχκελεο ζπρλφηεηέο ηνπ κε πιάηε αθηίλαο κεηνχκελα θαζψο νη απνηεινχκελεο ζπρλφηεηεο απμάλνπλ φπσο πξνθχπηεη απφ βαζηθέο θπζηθέο αξρέο. Γηα ηελ πξνζαξκνγή απηνχ ηνπ θαηλνκέλνπ, ηνπνζεηήζεθε έλα ζφλαξ ζηελ άθξε ελφο ξνκπνηηθνχ βξαρίνλα γηα ηνλ εληνπηζκφ κηθξνχ ζηφρνπ. Η εηθφλα 38 παξνπζηάδεη ηε δηάηαμε πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε γη απηφ ην ζχζηεκα: έλαο θεληξηθφο πνκπφο πνπ πεξηβάιιεηαη απφ δχν πεξηζηξεθφκελνπο απνδέθηεο. Οη απνδέθηεο πεξηζηξέθνληαη γηα λα ηνπνζεηήζνπλ ηνλ ζηφρν έηζη ψζηε λα κεγηζηνπνηήζνπλ ην ερεηηθφ ζήκα. Σν ζχζηεκα αξρηθά «καζαίλεη» ην αληηθείκελν κε ζάξσζε θαη απνζήθεπζε ησλ δεηγκάησλ ησλ θπκαηνκνξθψλ ηεο ερψ ηνπ. Δηθόλα 38: Βηνκηκεηηθό ζύζηεκα ζόλαξ πνπ έρεη ηνπνζεηεζεί ζηελ άθξε ξνκπνηηθνύ βξαρίνλα. Φπζηθά νξφζεκα, φπσο θχιισκα, βξάρνη ή πδάηηλεο επηθάλεηεο αληηπξνζσπεχνπλ ηνπο κεγάινπο θαη ηπραίνπο ζηφρνπο πνπ δελ ρσξνχλ ζε κία αθηίλα ζφλαξ. Η εμαξηψκελε απφ ηε δηεχζπλζε αλάθιαζε θαη ε νξγάλσζε ησλ κεκνλσκέλσλ αλαθιψκελσλ ραξαθηεξηζηηθψλ ηεο αθηίλαο ζπληεινχλ ζε ερεηηθέο θπκαηνκνξθέο πνπ εμαξηψληαη απφ ηε ζέζε θαη ηνλ πξνζαλαηνιηζκφ ηεο θεθαιήο ηνπ ζφλαξ. Η αλεχξεζε δηαζηήκαηνο γηα φιεο ηηο πηζαλέο ερψ κεγαιψλεη ιφγσ ηεο δηάζηαζεο ηνπ ζηφρνπ ζε έθηαζε πνπ ην θαζηζηά κε πξαθηηθφ. ε κία πεηξακαηηθή έξεπλα, νη ζπζρεηηδφκελεο απνζηάζεηο γηα ηέζζεξα δηαθνξεηηθά είδε θπιιψκαηνο βξέζεθαλ φηη πξέπεη λα είλαη θάησ απφ 4cm γηα κία θεθαιή ζφλαξ. Δπηπιένλ, νη θπκαηνκνξθέο ήηαλ αζηαζείο γηα παξάδεηγκα, κία αηθλίδηα ξηπή αλέκνπ δηακέζνπ ηνπ δάζνπο αιιάδεη απνιχησο νιφθιεξν ην ζεη ησλ ερεηηθψλ θπκαηνκνξθψλ. Απηή ε αζηάζεηα είλαη κεξηθψο εκθαλήο ζηελ πεξίπησζε ησλ ηπξβσδψλ πδάηηλσλ επηθαλεηψλ γηα ηηο νπνίεο δελ κπνξεί λα απνθηεζεί ζηαζεξή ερεηηθή θπκαηνκνξθή γηα νπνηαδήπνηε ρξνληθή ζηηγκή. Έλα βηνκηκηηηθφ ξνκπνηηθφ ζχζηεκα ρξεζηκνπνηήζεθε απφ ηνλ Müller κε 6 βαζκνχο ειεπζεξίαο (εηθφλα 39) γηα ηε ζπιινγή ερεηηθψλ δεδνκέλσλ (84800 ερψ ζπλνιηθά) απφ κεγάια θπζηθά νξφζεκα πνπ ηνπνζεηήζεθαλ ζην εξγαζηήξην. Λήθζεθαλ πςειήο αθξίβεηαο δεδνκέλα (0.06% ζθάικα ηαμηλφκεζεο ή ιηγφηεξεο απφ 10 ερψ) ζε κηθξφ αξηζκφ ερψ βαζηδφκελα ζε ραξαθηεξηζηηθά απφ θεηδσιφ θψδηθα. 32

34 Δηθόλα 39: Βηνκηκεηηθή θεθαιή ζόλαξ ηνπνζεηεκέλε ζε βηνκεραληθό ξνκπνηηθό βξαρίνλα 6 βαζκώλ ειεπζεξίαο. εκαληηθά ραξαθηεξηζηηθά ζήκαηνο κε μαθληθά κεγάια αλνδηθά βήκαηα ζην πιάηνο θαη κε θελά αλάκεζά ηνπο παξαηεξήζεθαλ θαη αληαπνθξίλνληαη ζηελ χπαξμε πξνηηκεηέσλ πξνζαλαηνιηζκέλσλ αλαθιαζηήξσλ (κε κέγεζνο φπσο κεγάια επίπεδα θχιια). Υξεζηκνπνηψληαο απηά ηα ραξαθηεξηζηηθά, ηα θπιιψκαηα κπνξνχλ λα ηαμηλνκεζνχλ βαζηδφκελα απφ ην πνχ αθξηβψο «πέθηνπλ» κεηαμχ ησλ δηάζπαξησλ αλαθιαζηήξσλ ζε θπιιψκαηα κε κεξηθά κεγάια θχιια ή ζε ππθλά θπιιψκαηα κε πνιιά κηθξά θχιια. Αθφκε θαη ε κνξθνινγία ηνπ απηηνχ ησλ λπρηεξίδσλ ζπλέβαιιε ζηε δεκηνπξγία βηνκηκεηηθψλ ζφλαξ (εηθφλεο 39-40). ην κνληέιν ηνπ πηεξπγίνπ, ην βαζηθφ ζρήκα ηνπ αληηπξνζσπεχεηαη απφ πιάγηα θνκκέλα πηεξχγηα θαη δηαζέηεη 22 παξακέηξνπο ελψ παξνπζηάδεη πνηθηιία ζηα ζρήκαηα. [42] Δηθόλα 40: ρήκαηα πηεξπγίσλ εκπλεπζκέλα από ην ζρήκα ηνπ βηνινγηθνύ απηηνύ ηεο λπρηεξίδαο. Δηθόλα 41: Ρνκπνηηθό θεθάιη λπρηεξίδαο CIRCE [θση. Herbert Peremans] 33

35 11.Αναρρίχηςη μέςω νανοςωματιδίων Κιςςόσ Ο θηζζφο, είλαη έλα αλαξξηρψκελν αεηζαιέο θπηφ πνπ αλήθεη ζην γέλνο Hedera. Απνηειείηαη απφ 5 είδε, ζπκπεξηιακβαλνκέλνπ ηνπ Αγγιηθνχ θηζζνχ (H. helix) θαη ηνπ Βνζησληθνχ θηζζνχ (Parthenocissus, Ampelopsis, tricuspidata), θαη αλαθέξνληαη σο δειεηεξηψδεηο θηζζνί. Έρεη ηελ ηθαλφηεηα πξφζθπζεο θαη αλάπηπμεο πάλσ ζε βξάρνπο, θξάρηεο, δέληξα θαη πνιιέο άιιεο επηθάλεηεο. Καηά ηε δηάξθεηα απηήο ηεο αλαξξίρεζεο, ν θηζζφο ρξεζηκνπνηεί ζπγθνιιεηηθνχο δίζθνπο απφ ηα ελαέξηα ξηδίδηα πνπ αλαπηχζζνληαη απφ ην ζηέιερνο γηα ηελ πξνζθφιιεζε ζηελ επηθάλεηα. Η απνκάθξπλζε ηνπ θηζζνχ απφ κία επηθάλεηα κπνξεί λα απνδεηρζεί δχζθνιε, αθφκε θαη κεηά ηελ θαηαζηξνθή ηεο ξίδαο ηνπ θπηνχ. Ο Γαξβίλνο αξρηθά παξαηήξεζε ην 1876 φηη ηα ξηδίδηα ηνπ θηζζνχ θξχβνπλ έλα θηηξηλσπφ πιηθφ θαηά ηελ αλαξξίρεζή ηνπ ζε κία επηθάλεηα. Σα εξσηήκαηα γηα ην ηη πεξηέρεηαη ζε απηφ είλαη αθφκε αλνηρηά θαη πψο απηφ ζπλδέεηαη κε ην κεραληζκφ αλαξξίρεζεο. Η πξψηε θαη κνλαδηθή κειέηε γηα ηηο κηθξν ή λάλν ηδηφηεηεο ηνπ θηζζνχ ζηε βηβιηνγξαθία απεηθνλίδεη ηελ ππεξδνκή ελφο απνκνλσκέλνπ θχιινπ θηζζνχ κε ηε ρξήζε κηθξνζθνπίνπ αηνκηθψλ δπλάκεσλ (AFM). Δίλαη γεληθά ελδηαθέξνλ ζηηο επηζηεκνληθέο θνηλφηεηεο λα γλσξίδνπλ πψο ε ζπγθνιιεηηθή δχλακε δεκηνπξγείηαη θαη γηαηί ν θηζζφο κπνξεί λα πξνζθνιιάηαη θαη λα αλαξξηρείηαη ζε δηάθνξεο επηθάλεηεο. Οη Mingjun Zhang et al. εθάξκνζαλ νπηηθή κηθξνζθνπία θαη AFM γηα ηε κειέηε ηεο κνξθνινγίαο ησλ πιηθψλ ελφο ππνζηξψκαηνο θαη ζηε ζπλέρεηα επεμεξγάζηεθαλ απηά ηα πιηθά κε δηαιχκαηα γηα ηε ρξήζε πςειήο απφδνζεο πγξήο ρξσκαηνγξαθίαο-θαζκαηνγξαθίαο κάδαο γηα ηελ αλάιπζε ηεο ρεκηθήο ζχζηαζεο ησλ λαλνζσκαηηδίσλ. Με ηε ρξήζε νπηηθήο κηθξνζθνπίαο θαη φπσο θαίλεηαη ζηελ εηθφλα 42(Α), θαίλεηαη κεγάινο αξηζκφο ζπγθνιιεηηθψλ δίζθσλ απφ ηα ξηδίδηα. Οη ίδηνη νη ζπγθνιιεηηθνί δίζθνη ζπλήζσο απνηεινχληαη απφ ηέζζεξα σο επηά αθξνβιάζηαξα ή «δείθηεο» (fingers). Απηνί νη δείθηεο δεκηνπξγνχλ άκεζε επαθή θαη πξνζθχνληαη ζηελ επηθάλεηα. Η εηθφλα 42(Β) είλαη ε νπηηθή κηθξνζθνπηθή εηθφλα ηνπ ζπγθνιιεηηθνχ δίζθνπ πνπ απέκεηλε ζε wafer ππξηηίνπ. Η εηθφλα ιήθζεθε απφ ηελ πίεζε ελφο ζηειέρνπο θηζζνχ ελάληηα ζε πδάηηλε επηθάλεηα. Σν κήθνο ησλ δεηθηψλ είλαη πεξίπνπ κm. Σν αξηζηεξφ κέξνο ηεο εηθφλαο 42(Β) παξνπζηάδεη ην κήθνο κηαο αθίδαο AFM 125κm. Δηθόλα 42: (Α) νπηηθή κηθξνζθνπηθή εηθόλα ησλ ζπγθνιιεηηθώλ δίζθσλ ησλ ξηδηδίσλ ηνπ θηζζνύ. (Β) νπηηθή κηθξνζθνπηθή εηθόλα ησλ ελαπνκεηλάλησλ ζπγθνιιεηηθώλ δίζθσλ ζε επηθάλεηα ππξηηίνπ. Κάζε δείθηεο είλαη πεξίπνπ κm. Γηα ηε κειέηε ιεπηνκεξεηψλ ζηνπο δείθηεο θαη ζηα πιηθά πνπ δε θαίλνληαη κε ηελ νπηηθή κηθξνζθνπία, ηνπνζεηήζεθε wafer ππξηηίνπ 3 ηληζψλ θαη έλα θνκκάηη mica ζην ηέινο ελφο θιαδηνχ θηζζνχ. Αθνχ ν θηζζφο αλαξξηρείηαη πάλσ ζην ππξίηην θαη ηελ mica γηα δηάζηεκα κίαο εβδνκάδαο, ηα θιαδηά απνκαθξχλνληαη θαη ηα ίρλε πνπ απέκεηλαλ ζηηο επηθάλεηεο 34

36 απεηθνλίζηεθαλ κε ηε ρξήζε κηθξνζθνπίαο AFM. Γηα ηελ εμαζθάιηζε φηη δε ζα ππάξρεη εμσηεξηθή χιε πνπ ζα επεκβαίλεη ζηε δηαδηθαζία, ρξεζηκνπνηήζεθαλ δηάθνξεο ζπλζήθεο, φπσο (1) αλάπηπμε θηζζνχ ζε wafer ππξηηίνπ ζηνλ αηκνζθαηξηθφ αέξα, (2) αλάπηπμε θηζζνχ ζε wafer ππξηηίνπ ζε ζθξαγηζκέλν ράξηηλν θάθειν, (3) αλάπηπμε θηζζνχ ζε wafer ππξηηίνπ θαιπκκέλν κε πιαζηηθφ θηικ θαη (4) αλάπηπμε θηζζνχ ζε mica ζε ζθξαγηζκέλν ράξηηλν θάθειν. Όπσο παξνπζηάδεηαη ζηελ εηθφλα 43, παξαηεξήζεθε κεγάινο αξηζκφο θξπκκέλσλ λαλνζσκαηηδίσλ απφ ηνπο δείθηεο ησλ ζπγθνιιεηηθψλ δίζθσλ γηα φιεο ηηο αλσηέξσ ζπλζήθεο πεηξάκαηνο. Η εηθφλα 43Α είλαη κία εηθφλα AFM ησλ ηρλψλ κε κέγεζνο πεξηνρήο ζάξσζεο 14 x 14κm. Οη εηθφλεο 43Β θαη C παξνπζηάδνπλ πςειφηεξεο κεγεζχλζεηο ηεο εηθφλαο Α θαη ε εηθφλα 43D απνηειεί ηελ ηξηζδηάζηαηε άπνςε. Σν πην εμέρσλ ραξαθηεξηζηηθφ ζηηο εηθφλεο είλαη ν πςειφο βαζκφο νκνηνκνξθίαο ησλ λαλνζσκαηηδίσλ. Η δηάκεηξφο ηνπο είλαη πεξίπνπ 70nm ζχκθσλα κε κεηξήζεηο ζηελ εηθφλα AFM. Σν θαηλνκεληθφ κέζν χςνο είλαη πεξίπνπ 20-30nm θαη νη δηαθνξέο κεηαμχ ηεο θαηαθφξπθεο θαη ηεο νξηδφληηαο δηάηαμεο νθείινληαη ζηελ παξακφξθσζε πνπ πξνθαιείηαη απφ ηελ αθίδα ηνπ AFM. Η εηθφλα 44 απεηθνλίδεη ηα λαλνζσκαηίδηα απφ ηα ίρλε ηνπ θηζζνχ πνπ αλαπηχρζεθαλ ζε δχν δηαθνξεηηθέο επηθάλεηεο: (Α) ζε wafer ππξηηίνπ θαη (Β) ζε wafer απφ mica. Καη νη δχν παξνπζηάδνπλ φκνηα ραξαθηεξηζηηθά ησλ λαλνζσκαηηδίσλ. Δηθόλα 43: Ναλνζσκαηίδηα από ηνπο δείθηεο ησλ ζπγθνιιεηηθώλ δίζθσλ ησλ ξηδηδίσλ ηνπ θηζζνύ. (Α-C): ηνπνγξαθηθέο εηθόλεο AFM κε κέγεζνο πεξηνρήο ζάξσζεο 14 x 14κm, 3.5 x3.5κm θαη 1.25 x 1.25κm αληηζηνίρσο. (D): ηξηζδηάζηαηε άπνςε ηεο (C). 35

37 Δηθόλα 44: Ναλνζσκαηίδηα από ηνπο δείθηεο ησλ ζπγθνιιεηηθώλ δίζθσλ θαηά κήθνο (Α) ελόο wafer θαη (Β) ελόο wafer από mica. Κάζε εηθφλα AFM έρεη δείμεη επαλεηιεκκέλσο φηη ππάξρεη κεγάινο αξηζκφο λαλνζσκαηηδίσλ ζηα ξηδίδηα ηνπ θηζζνχ. Σα λαλνζσκαηίδηα κεηαδίδνληαη απφ ηα ξηδίδηα ηνπ ζηειέρνπο ζηνπο ζπγθνιιεηηθνχο δίζθνπο θαη ηειηθά ζηνπο ιεγφκελνπο δείθηεο. Παξαηεξήζεηο ππνζηεξίδνπλ ηελ ππφζεζε φηη ηα λαλνζσκαηίδα παίδνπλ άκεζν θαη ζεκαληηθφ ξφιν γηα ηελ αλαξξίρεζε ηνπ θηζζνχ θαη ζρεηίδνληαη άκεζα κε ηελ πξνζθνιιεηηθή ηθαλφηεηά ηνπ. Μεηά απηή ηελ θπζηθή αλάιπζε, ηα λαλνζσκαηίδηα ππνβιήζεθαλ ζε ρεκηθή αλάιπζε κέζσ εμαγσγήο ησλ λαλνζσκαηηδίσλ θαη αλάιπζεο απφ πγξή ρξσκαηνγξαθηθή θαζκαηνγξαθία κάδαο [liquid chromatography/mass spectrometry (HPLC/MS)]. Καηά ηελ πξνεηνηκαζία ησλ δεηγκάησλ, ρξεζηκνπνηήζεθαλ κεξηθά mgr λαλνζσκαηηδίσλ πνπ εμήρζεζαλ ζε chloroform/methanol (1:2) ζε ζεξκνθξαζία δσκαηίνπ γηα 2 εκέξεο. Σν δείγκα αθέζεθε λα εμαηκηζηεί, ηνπνζεηήζεθε ζε κεζαλφιε θαη αλαιχζεθε κέζσ πγξήο ρξσκαηνγξαθηθήο θαζκαηνγξαθίαο κάδαο. Η εηθφλα 45 παξνπζηάδεη έλα αλαδνκεκέλν ζπλνιηθφ ρξσκαηνγξάθεκα ηφλησλ ησλ λαλνζσκαηηδίσλ πνπ ιήθζεθε κέζσ HPLC. Γηάγξακκα 5: Αλαδνκεκέλν ρξσκαηνγξάθεκα ηόλησλ κέζσ HPLC. αθψο ππάξρνπλ πνιιά ζπζηαηηθά θαη ηα δεδνκέλα ππνδεηθλχνπλ φηη νη πεξηζζφηεξεο θνξπθέο ζην ρξσκαηνγξάθεκα πεξηέρνπλ πνιιαπιά ζπζηαηηθά έθπιπζεο. Μία εθηελήο αλάιπζε ζχλζεζεο είλαη πνιχ δχζθνιε έηζη ψζηε ρξεζηκνπνηήζεθαλ πξνπαξαζθεπαζηηθέο εκπεηξηθέο θφξκνπιεο γηα ηα 19 πην έληνλα ζπζηαηηθά. Γηα λα απνδερζεί κία εκπεηξηθή θφξκνπια σο ζσζηή, πξέπεη ην θάζκα λα πεξηιακβάλεη θνκκάηηα ηφλησλ πνπ είλαη ζχκθσλα κε ηηο πξνηεηλφκελεο θφξκνπιεο απφ ηα δεδνκέλα. Οη θφξκνπιεο έδεημαλ φηη ηα πεξηζζφηεξα απφ ηα ζπζηαηηθά πεξηείραλ νμπγφλν, άδσην θαη ζείν. Απηά ηα ζηνηρεία είλαη επξέσο γλσζηά γηα ηελ ηθαλφηεηά ηνπο λα παξάγνπλ πνιηθά 36

38 πιηθά θαη δεζκνχο πδξνγφλνπ. Γεδνκέλνπ ησλ επηθαλεηψλ πνπ ηα λαλνζσκαηίδηα ζπλήζσο ή ηππηθά πξνζαξκφδνληαη είλαη ππνζηξψκαηα φπσο βξάρνη, ηνχβια θηι., ηα νπνία είλαη αλφξγαλα, ε ζχλζεζε πξνηείλεη φηη ηα λαλνζσκαηίδηα βαζίδνληαη ζε δεζκνχο πδξνγφλνπ γηα λα πξνζθνιιψληαη ζε δηαθνξεηηθέο επηθάλεηεο. Καηά ηελ παξαηήξεζε ηεο αλέιημεο ησλ λαλνζσκαηηδίσλ θαηά ηελ αλαξξίρεζε, κία θηηξηλσπή χιε εθθξίλεηαη ε νπνία ζηα αξρηθά ζηάδηα είλαη ζε κνξθή gel θαη ζηε ζπλέρεηα ζηεξενπνηείηαη. Καζψο ε έθθξηζε θαη ε ζηεξενπνίεζε νινθιεξψλνληαη, ηα πιηθά πξνζθνιιψληαη ζηαζεξά ζηελ επηθάλεηα. Πξνθαλψο ην λεξφ εμαηκίδεηαη θαηά ηε δηαδηθαζία. Δθαηνκκχξηα ζπγθνιιεηηθνί δίζθνη κπνξνχλ λα παξάγνπλ εμαηξεηηθή ζπγθφιιεζε γηα ηνλ θηζζφ ζηηο επηθάλεηεο. Οη ζπγθνιιεηηθνί δίζθνη καδί κε ηα εθθξηλφκελα λαλνζσκαηίδα κπνξνχλ λα πξνζαξκφδνληαη ζε δηάθνξεο επηθάλεηεο ιφγσ ηνπ κηθξνχ ηνπο κεγέζνπο θαη ηεο ειαζηηθφηεηάο ηνπο. Απηφ ην ραξαθηεξηζηηθφ επηηξέπεη ζηνλ θηζζφ λα παξάγεη αξθεηή δχλακε γηα ηελ αλαξξίρεζε. Ο κεραληζκφο πξφζθπζεο πνπ ζρεκαηίδεηαη απφ ηα λαλνζσκαηίδηα θαη ηνπο ζπγθνιιεηηθνχο δίζθνπο είλαη κνλαδηθφο, θαζψο έρεη πνιιά πιενλεθηήκαηα. Καηαξρήλ, δελ είλαη απαξαίηεηνη ζχλδεζκνη θαη νη πνιχπινθνη κεραληζκνί απνθεχγνληαη, ελψ ν κεραληζκφο είλαη αξθεηά εππξνζάξκνζηνο ζε δηάθνξα πεξηβάιινληα. Σα παξαπάλσ επξήκαηα κπνξνχλ επίζεο λα εκπλεχζνπλ κεραληζκνχο γηα ηελ παξαγσγή λαλνζσκαηηδίσλ κέζσ ησλ θπηψλ. Αμηφινγεο πξνζπάζεηεο έρνπλ γίλεη γηα ηελ παξαγσγή λαλνζσκαηηδίσλ βηνινγηθά[43-45]. Σν ηξηθχιιη γηα παξάδεηγκα ζρεκαηίδεη θαη αλαπηχζζεη κεηαιιηθά ρξπζά λαλνζσκαηίδηα[43]. Δθρπιίζκαηα ηνπ lemongrass φηαλ αληηδξνχλ κε ηφληα aqueous chloroaurate, απνδίδνπλ πςειφ πνζνζηφ ιεπηψλ, επίπεδσλ κνλνθξπζηαιιηθψλ ρξπζψλ λαλνζσκαηηδίσλ[44]. Η αιφε επίζεο ρξεζηκνπνηήζεθε γηα ηε ζχλζεζε λαλνζσκαηηδίσλ ρξπζνχ θαη αξγχξνπ[45]. Παξφια απηά, δελ ππάξρεη αλαθνξά φπνπ ηα θπηά λα κπνξνχλ λα εθθξίλνπλ θπζηθά λαλνζσκαηίδηα γηα αλαξξίρεζε φπσο ν θηζζφο[46]. 12.Προςέγγιςη βιομιμητικήσ ςτην αεροδιαςτημική τεχνολογία Σα δηαζηεκφπινηα είλαη ζρεδηαζκέλα ψζηε λα αληαπεμέξρνληαη ζε ερζξηθά θαη πνηθηιφκνξθα πεξηβάιινληα. Παξφιν πνπ θαηλνκελνινγηθά δε θαίλεηαη νξζή ε κειέηε βηνινγηθψλ νξγαληζκψλ πνπ αλαπηχζζνληαη ζε γήηλν πεξηβάιινλ γηα πξσηφηππεο ηδέεο ζε πξνβιήκαηα πνπ αληηκεησπίδνληαη ζηε δηαζηεκηθή κεραληθή, ζηελ πξαγκαηηθφηεηα δελ αλαδεηνχκε λα αλαθαηαζθεπάζνπκε ηνπο βηνινγηθνχο νξγαληζκνχο εμ νινθιήξνπ αιιά λα απνζπάζνπκε ηηο βηνινγηθέο αξρέο κε ηηο νπνίεο νη νξγαληζκνί ιεηηνπξγνχλ θαη επηβηψλνπλ. Σν θαηάιιειν επίπεδν κηαο ηέηνηαο βηνκίκεζεο δελ είλαη ζχλεζεο ζέκα. Έλα επηηπρέο παξάδεηγκα κηαο ήδε αλεπηπγκέλεο βηνκηκεηηθήο ιχζεο παξνπζηάδεηαη απφ ηερλεηά λεπξνεηδή δίθηπα πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζε ζπζηήκαηα ειέγρνπ, ηα νπνία είλαη πνιχ απινπζηεπκέλα θαη αλαδνκεκέλα παξαδείγκαηα βηνινγηθψλ λεπξηθψλ δνκψλ. Η αθκαηφηεηα θαη ε πξνζαξκνζηηθφηεηα είλαη ηδηαίηεξεο ηθαλφηεηεο ζην δηάζηεκα θαζψο ηα πεξηβάιινληα πνπ πξέπεη λα εμεξεπλεζνχλ είλαη ηππηθά άγλσζηα θαη πνηθίινπλ κε κε πξνβιέςηκεο δπλακηθέο. Σα πην εμεδεηεκέλα κεραληθά ζπζηήκαηα ζπρλά ζηεξνχληαη απηψλ ησλ ηδηνηήησλ ελψ απινί θπζηθνί νξγαληζκνί δηαπξέπνπλ ζε απηέο ηηο ηδηφηεηεο. Έλα αθφκε θξίζηκν ζέκα ζηα δηαζηεκηθά ζπζηήκαηα απνηειεί θαη ε απηνλνκία, δεδνκέλνπ φηη νη απνζηάζεηο πέξαλ ηεο Γήηλεο ηξνρηάο, απνθιείνπλ ηνλ έιεγρν ζε πξαγκαηηθφ ρξφλν. Παξφιν πνπ ε απηνλνκία ζπλδέεηαη κε ηα εμεξεπλεηηθά δηαζηεκηθά αεξνζθάθε, είλαη επίζεο ζρεηηθή κε γήηλνπο δνξπθφξνπο θαζψο νη επίγεηνη ζηαζκνί ειέγρνπ είλαη ν βαζηθφο παξάγνληαο θφζηνπο. Οη βηνινγηθνί νξγαληζκνί αλαπηχζζνληαη, πξνζαξκφδνληαη θαη καζαίλνπλ ζε πνιππνίθηια πεξηβάιινληα δηαηεξψληαο ηε ιεηηνπξγηθφηεηά ηνπο, παξνπζηάδνληαο απηνλνκία. Ο φγθνο, ε κάδα θαη ε δχλακε είλαη επίζεο ζεκαληηθνί παξάκεηξνη γηα ηα δηαζηεκηθά αεξνζθάθε θαη ην θνξηίν ηνπο. Η κείσζή ηνπο ππνδειψλεη δηάθνξα πιενλεθηήκαηα, ζπκπεξηιακβαλνκέλνπ ηνπ θφζηνπο. Η βηνκηκεηηθή εθαξκνζκέλε ζηελ δηαζηεκηθή κεραληθή δίλεη ηελ πξννπηηθή ηεο ειαρηζηνπνίεζεο φγθνπ, ελζσκάησζεο θαη νξγαλσκέλεο επάξθεηαο πνπ παξνπζηάδνπλ νη βηνινγηθνί κεραληζκνί. Απηφ είλαη θπζηθή ζπλέξγεηα κε κηθξνηερλνινγία πνπ ελζσκαηψλεηαη ζηελ ειεθηξνληθή, ηε κεραληθή θαη ηελ νπηηθή ζε πςειά κεηνχκελε θιίκαηα γηα ηελ επίηεπμε πςειήο απφδνζεο θαη πνιππινθφηεηαο κέζα ζε 37

39 πνιχ κηθξφ φγθν (π.ρ. ζε κεξηθά mm 3 ). Μία ζεκαληηθή κειέηε γηα ηέηνηα ζπζηήκαηα είλαη ν ιφγνο επηθάλεηαο πξνο φγθν πνπ θαζψο απμάλεη έρεη δχν ζεκαληηθέο ζπλέπεηεο: απμάλεη ε δηάζπαζε ησλ δπλάκεσλ απαηηψληαο κεγαιχηεξε δπλακηθή ππθλφηεηα φγθνπ θαη ε δνκηθή ηνπ αληνρή απμάλεη επηηξέπνληαο κεγαιχηεξα θνξηία. Δπνκέλσο, ηδέεο απφ ηε θχζε κπνξνχλ λα παξνπζηάζνπλ ιχζεηο ζε φια απηά ηα δεηήκαηα Βηνινγηθά εκπλεπζκέλεο ιύζεηο γηα ηελ θηλεηηθόηεηα Η θίλεζε είλαη έλα απφ ηα πην ελδηαθέξνληα πεδία γηα βηνκηκεηηθέο ιχζεηο πνπ εθαξκφδνληαη ζηελ δηαζηεκηθή ηερλνινγία. ηε θχζε ππάξρνπλ δηάθνξνη ηχπνη ζπζηεκάησλ γηα θίλεζε ζηνλ αέξα, ην έδαθνο θαη ζηα πγξά. Οη ζπφξνη ηνπ αγξηνξαδηθηνχ (Dantelion s seeds), ηνπ ζθελδάκνπ θαη νη αθξίδεο είλαη κεξηθά απφ ηα παξαδείγκαηα πνπ έρνπλ ζπκπεξηιεθζεί ζηηο βηνκηκεηηθέο ιχζεηο. Έλαο ζρεδηαζκφο πνπ βαζίζηεθε ζην Ρσζηθφ ζηαπξάγθαζν (εηθφλα 45) (Russian thistle) παξάρζεθε απφ ην Παλεπηζηήκην Σερλνινγίαο ηνπ Διζίλθη ζε ζπλεξγαζία κε ηελ ESA. Καζψο ην θπηφ θπιάεη ζηνλ αέξα, δηαζθνξπά ηνπο ζπφξνπο ηνπ (πεξίπνπ ζπφξνη ζε θάζε θπηφ) ζε κία κεγάιε πεξηνρή. Οη παζεηηθνί κεραληζκνί ψζεζεο ηνπ αλέκνπ θαζψο θαη άιινη κεραληζκνί ζπγθξίζεθαλ γηα ηελ απφθηεζε ελδηαθεξφλησλ απνηειεζκάησλ. Δηθόλα 45: Ρσζηθό ζηαπξάγθαζν πηαζκέλν ζε ζπξκαηέλην θξάρηε [θση. DesertUSA.Com] πκπεξηιακβάλνληαο ηελ επηθάλεηα ηνπ Άξε σο κία πηζαλή εθαξκνγή, εηδηθφηεξε πξνζνρή δφζεθε ζε ηξφπνπο κε ηνπο νπνίνπο θπζηθέο ελεξγεηαθέο πεγέο ζα κπνξνχζαλ λα εθκεηαιιεπηνχλ (ειηαθή, αηνιηθή, ζεξκηθή, βαξπηηθή θηι.). ην βην-εκπλεπζκέλν ζρεδηαζκφ πνπ παξνπζηάδεηαη ζηελ εηθφλα 46, ην ζχζηεκα δηαζέηεη ηνπξκπίλεο ιεπίδσλ θαη έλαλ εμσηεξηθφ ζθειεηφ κε είηε κε έλα άλνηγκα (αξηζηεξή εηθφλα) είηε κε έλαλ ζπκπηεζκέλν θιεηζηφ ηνκέα (δεμηά εηθφλα). Μία επηζπκεηή δηάηαμε αλεκνηνπξκπίλαο ζα αχμαλε ηελ απφδνζε ηνπ ζπζηήκαηνο θαη ίζσο ε χπαξμε ελφο κεραληζκνχ αλάδεπζεο γηα ηελ ππεξλίθεζε εκπνδίσλ θαη ηελ ελεξγή κεηαθίλεζε ηνπ ζπζηήκαηνο ζε πεξηνρέο επηζηεκνληθνχ ελδηαθέξνληνο. Δηθόλα 46: ρεδηαζκόο βηνεκπλεπζκέλνπ ζπζηήκαηνο θίλεζεο Μεραληζκνί Σθαςίκαηνο Φπζηθνί κεραληζκνί ζθαςίκαηνο ρξεζηκνπνηνχληαη απφ ηα έληνκα πνπ επίζεο έρνπλ κειεηεζεί γηα ηελ ηαπηνπνίεζε ηερληθψλ πνπ νη κεραληθνί ζα κπνξνχζαλ λα αλαπαξάγνπλ γηα ηε δεκηνπξγία θαιχηεξσλ εθζθαθέσλ. Αλάκεζα ζηε κεγάιε πνηθηιία ηέηνησλ θπζηθψλ κεραληζκψλ, δχν ζπγθεθξηκέλνη έρνπλ κειεηεζεί κε ιεπηνκέξεηα. Ο πξψηνο είλαη ε «βαιβίδα» ελαπφζεζεο ησλ απγψλ ησλ ζειπθψλ αθξίδσλ (πνπ αλαιχζεθε απφ ηνπο 38

40 D Appolonia ζηελ Ιηαιία θαη απφ ην Παλεπηζηήκην Bath ζην Ηλσκέλν Βαζίιεην). Η παξνπζίαζε ηεο κειέηεο ησλ σναπσζεηήξσλ παξνπζηάζηεθαλ απφ ηνλ Snodgrass απφ ην ηελ εηθφλα 47 θαίλεηαη έλα ζρέδην ηνπ κεραληζκνχ εθζθαθήο κίαο ηππηθήο αθξίδαο (αξηζηεξή εηθφλα), θαζψο θαη κία θσηνγξαθία ηνπ (δεμηά εηθφλα). Δηθόλα 47: Μνξθνινγία ησλ βαιβίδσλ ελαπόζεζεο απγώλ ηππηθήο αθξίδαο (Snodgrass, 1935) Οη βαιβίδεο αλνίγνπλ θαη θιείλνπλ θπθιηθά ελψ ην ζχζηεκα αλέξρεηαη θαη θαηέξρεηαη ρξεζηκνπνηψληαο νκάδεο κπψλ. Η άλσ βαιβίδα ρξεζηκνπνηείηαη γηα εθζθαθή ελψ νη θάησ βαιβίδα ηξαβά ηελ θνηιηαθή ρψξα ηεο αθξίδαο ζηελ ηξχπα. Όηαλ νη δχν βαιβίδεο είλαη θιεηζηέο, θιίλνπλ πεξίπνπ 20 ν. Απηφο ν θπζηθφο κεραληζκφο ρξεζηκνπνηείηαη σο βάζε γηα ηνλ κεραληζκφ εθζθαθήο πνπ πξνζνκνηψζεθε δπλακηθά γηα ηε ρξήζε ζε δηαζηεκηθέο εθαξκνγέο. Ο δεχηεξνο κεραληζκφο δεκηνπξγήζεθε απφ ηελ Sirex Noctilio, ελφο ηχπνπ ζθήθαο (κειεηήζεθε απφ ηα Παλεπηζηήκηα ηνπ Surrey θαη Bath ζε ζπλεξγαζία κε ηελ EADS Astrium Ltd ζην Ηλσκέλν Βαζίιεην) πνπ ρξεζηκνπνηεί κηα παιηλδξνκηθή θίλεζε γηα ην ζθάςηκν νπψλ ζε δέληξα φπνπ θαη ελαπνζέηεη ηα απγά ηεο. Με απηφλ ηνλ κεραληζκφ κπνξεί λα ζθάβεη ζε ξπζκφ πεξίπνπ 1-1.5mm/min. Δηθόλα 48: Ο κεραληζκόο ζθαςίκαηνο ηεο Sirex Noctilio [J.F.V. Vincent & M.J. King, 1995, Biomimetics pp ] Οη δχν βαιβίδεο πνπ νιηζζαίλνπλ θαηά κήθνο ε κία ζε ζρέζε κε ηελ άιιε έρνπλ νπίζζηα δφληηα πνπ επηηξέπνπλ θαηά ην ζθάςηκν ηελ εκπξφζζηα θίλεζε κέζα ζηελ νπή. ε αληίζεζε κε ην ζπκβαηηθφ πεξηζηξνθηθφ ζθάςηκν ην ζχζηεκα δελ απαηηεί εμσηεξηθή δχλακε θαζψο νη γξακκηθέο δπλάκεηο αληίδξαζεο δεκηνπξγνχληαη απφ ην δεχγνο ησλ βαιβίδσλ. Σν ζρέδην κηαο ηέηνηαο βηνεκπλεπζκέλεο ζπζθεπήο έρεη θαηαζθεπαζηεί γηα ηε κειέηε ηεο πινπνίεζήο ηνπ ζε δηαζηεκηθέο εθαξκνγέο. πγθεθξηκέλα ιήθζεθε ππφςηλ ε εθαξκνγή ζε απνζηνιέο ιήςεο δεηγκάησλ επηθαλείαο απφ αζηεξνεηδείο, αιιά ε ιχζε ηεο Sirex Noctilio κπνξεί πηζαλψο λα ρξεζηκνπνηεζεί ζε κεγάιε πνηθηιία κηθξν-δηεηζδπηψλ.[47] Δηθόλα 49: ρεκαηηθή αλαπαξάζηαζε κηθξνδηεηζδπηή αζηεξνεηδνύο. 39

41 13. Πειραματικό Μέροσ Προςομοίωςη δομήσ του κελύφουσ abalone Αθνινπζψληαο ηελ ηδέα ηεο θχζεο γηα ηε δνκή ηνπ θειχθνπο abalone πνπ παξνπζηάδεη ηαπηφρξνλα ειαζηηθφηεηα θαη αλζεθηηθφηεηα, πξαγκαηνπνηήζακε κεηξήζεηο κε δηαηάμεηο πνπ πξνζνκνηάδνπλ ηε δνκή ηνπ θειχθνπο θαη δηαηάμεηο πνπ δελ ππαθνχλ ζηε δνκή γηα ηε ζχγθξηζή ηνπο Πεηξακαηηθή Γηάηαμε Γηα ηελ απιφηεηα ηεο θαηαζθεπήο, δε ρξεζηκνπνηήζεθαλ κηθξνζθνπηθά εμάγσλα φπσο παξνπζηάδεη ην abalone, αιιά ηεηξάγσλεο θνιίδεο πιεπξάο 2cm. Γηα ηελ πξνζνκνίσζε ηεο δηάηαμεο, ρξεζηκνπνηήζεθε δηαθαλέο πιαζηηθφ ζηηο θνιίδεο θαη ηξεηο δηαθνξεηηθέο ζπγθνιιεηηθέο νπζίεο: απηνθφιιεηε ηαηλία δηπιήο φςεσο, ζηιηθφλε θαη αιεπξφθνιια. Καηά ηελ θαηαζθεπή ηεο δηάηαμεο, ε επαλαιακβαλφκελε κνλάδα ήηαλ 4 ηεηξαγσληθέο θνιίδεο πνπ ζπγθνιιήζεθαλ πάλσ ζε κία ελψ ην θάζε δνθίκην πνπ θαηαζθεπάζηεθε κε απηφλ ηνλ ηξφπν πεξηείρε 3 ζηξψζεηο θνιίδσλ. Δπηπιένλ, δεκηνπξγήζεθαλ θαη δνθίκηα πνπ δελ πεξηείραλ ηε δηάηαμε ησλ θνιίδσλ, αιιά ζπλερείο ισξίδεο πιαζηηθνχ ζε ηξεηο ζηξψζεηο κε ηελ ίδηα ζπγθνιιεηηθή νπζία (εηθφλα 50). Δηθόλα 50: Η εηθόλα παξνπζηάδεη ηα δνθίκηα πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ. Σα ηξία πξώηα είλαη ζε δνκή κε ηεηξάγσλεο θνιίδεο ελώ ηα ηξία ηειεπηαία ζε δνκή ρσξίο θνιίδεο. Από αξηζηεξά πξνο ηα δεμηά: ην δνθίκην κε ηελ απηνθόιιεηε ηαηλία δηπιήο όςεσο, ην δνθίκην κε ζηιηθόλε, ην δνθίκην κε ηελ αιεπξόθνιια θαη αθνινπζνύλ ην ζπλερέο δνθίκην κε ηε ζηιηθόλε, ην δνθίκην κε ηελ απηνθόιιεηε ηαηλία δηπιήο όςεσο θαη ην δνθίκην κε ηελ αιεπξόθνιια. Σν δεηνχκελν ηεο ζχγθξηζεο είλαη ε αληνρή ζε θάκςε ησλ δνθηκίσλ, εθαξκφδνληαο απηνζρέδην βαξχδην απμαλφκελεο κάδαο (αξρίδνληαο απφ 2g κέρξη θαη 16g κε βήκα 2g) πνπ κεηξήζεθε κε ειεθηξνληθφ δπγφ ππνδηαίξεζεο 2g, ζην θάζε δνθίκην θαη κεηξψληαο ηε κεηαηφπηζή ηνπο απφ ηελ αξρηθή ηνπο ζέζε. Σα δνθίκηα γη απηφ ην ζθνπφ ηνπνζεηήζεθαλ ζε ζηεξίγκαηα θαη πίζσ απφ ηε δηάηαμε ππήξρε κεηξηθή θιίκαθα (εηθφλα 51). Δηθόλα 51: Απεηθόληζε πεηξακαηηθήο δηάηαμεο γηα ηε κέηξεζε ηεο θάκςεο ησλ δνθηκίσλ 40