Powstaną supertwarde materiały inspirowane pasożytniczym grzybem

Unikalna struktura niszczącego drzewa grzyba huba pozwoli na stworzenie niesłychanie twardych i lekkich materiałów oraz wykorzystanie ich, np. w kamizelkach kuloodpornych czy lotnictwie. Przybywa podobnych pomysłów inspirowanych przyrodą.

Publikacja: 26.02.2023 12:58

Kamizelki kuloodporne to już podstawowa ochrona żołnierza. Dzięki grzybom mogą się okazać trudne do

Kamizelki kuloodporne to już podstawowa ochrona żołnierza. Dzięki grzybom mogą się okazać trudne do przebicia.

Foto: Ministerstwo Obrony Królestwa Szwecji

Grzyb huba, którego naukowa nazwa brzmi fomes fomentarius, żyje w wielu regionach świata. Pojawia się na korze drzew i prowadzi do ich chorób. Teraz może jednak odegrać pożyteczną rolę. Zespół naukowców z Finlandii odkrył, że ten odporny na zgniatanie grzyb może wskazać drogę do biopochodnych tworzyw sztucznych, które naśladowałyby jego strukturę i znalazły wiele zastosowań od medycyny przez przemysł po wojsko.

- Nasze obserwacje mogą być wykorzystane do projektowania wytrzymałych produktów, takich jak kamizelki kuloodporne, egzoszkielety, kadłuby samolotów czy powłoki powierzchniowe do przednich szyb - wymienia Pezhman Mohammadi, naukowiec w VTT Technical Research Centre of Finland. – W przyrodzie istnieje wiele rozwiązań różnych problemów inżynierii materiałowej i nie wszystkie z nich zostały jeszcze odpowiednio zbadane - przyznaje.

Czytaj więcej

Najmocniejszy materiał stworzony przez człowieka? Właśnie powstał w Chinach

Naukowcy analizowali zaskakującą odporność grzyba na zgniatanie, stosując narzędzia do analizy chemicznej i mechanicznej, takie jak tomografia komputerowa, dyfrakcja rentgenowska i spektroskopia w podczerwieni, aby zajrzeć do wnętrza grzyba i określić, jak został zbudowany. Ich wnioski zostały opublikowane w czasopiśmie „Science Advances”.

Huba składa się z trzech warstw: twardej, zewnętrznej skorupy, warstwy przypominającej piankę oraz części gęsto upakowanych pustych rurek zwanych rurkami hymenoforowymi. Ich układ i gęstość dają niezwykłe właściwości mechaniczne. – Nawet małe poprawki do materiału inspirowanego grzybami mogą poprawić jego właściwości bez konieczności projektowania nowego od zera – uważa Mohammadi.

Niezwykłą cechą, którą fiński zespół odkrył podczas badania grzyba, była jego zdolność do zachowania lekkości, a jednocześnie zapewnienie wytrzymałości na równi ze znacznie cięższymi materiałami. Na przykład rurki hymenoforowe są porównywalne pod względem wytrzymałości do drewna, ale są znacznie lżejsze.

Mohammadi przekonuje, że wykorzystanie takich odkryć pozwoli na opracowanie następnej generacji materiałów samouczących się, zdolnych do wykrywania uszkodzeń, samonaprawy i dostosowywania się do różnych sytuacji.

Zdaniem naukowców grzyby mają wielką i nie odkrytą jeszcze przyszłość. Np. grzybnia i chityna są badane pod kątem materiału budowlanego, nawet na Księżycu czy Marsie. Grzybnia jest w stanie tworzyć precyzyjne, złożone struktury, które można łączyć w większe powierzchnie, co – według NASA – można wykorzystać przy budowie habitatów w kosmicznych bazach.

Prace naukowców dotyczące opracowania odpornych na zniszczenie materiałów przynoszą kolejne odkrycia. Lin Zhi biolog strukturalny z Uniwersytetu Tianjin w Chinach i jego koledzy zamiast grzybów podglądali nici pająków. Uzyskali niezwykle twardy materiał dzięki kąpieli jedwabiu w metalu a następnie ponownemu przędzeniu i ciągnięciu, tworząc cienkie włókna podobne do jedwabiu pajęczego, ale znacznie sztywniejsze niż jakiekolwiek znane jedwabie naturalne. Rozpuszczenie jedwabiu jedwabnika i przetworzenie go w roztworze cukru oraz jonów cynku i żelaza uczyniło go silniejszym niż nić pajęcza, jednego z najtwardszych i najmocniejszych materiałów w przyrodzie.

Czytaj więcej

Powstał ekstremalnie wytrzymały materiał. Inspiracją była kolczuga

Innym kierunkiem jest praca nad biożelami. Jak donosi serwis New Scientist, biożel na bazie białka występującego w ludzkich komórkach zwanego talinem ma właściwości, które pozwalają mu zatrzymać pocisk naddźwiękowy, „przechwytując” go w stanie nienaruszonym. Materiał okazał się bardziej wytrzymały niż kevlar, dotąd uważany za najbardziej odporny na rozciąganie.

Z kolei naukowcy z uniwersytetu w Cambridge stworzyli inny rodzaj superżelu, który ma bardzo podobne właściwości do nietłukącego się szkła. Można rozgniatać go pod kołami samochodu, a mimo to żel nie ulega deformacji. Galaretowata substancja skład się w 80 proc. z wody a pod dużym ciśnieniem staje się twarda jak szkło.

Ale to nie koniec wyścigu po najtwardszy czy najbardziej odporny materiał. Naukowcy z amerykańskiego MIT stworzyli nanoinżynieryjny materiał wykonany z połączonych ze sobą węglowych tetradecahedronów (wielościan o 14 ścianach) zaś inżynierowie z Kalifornijskiego Instytutu Technologii (Caltech) oraz Uniwersytetu Technologicznego Nanyang w Singapurze pracują nad wzorowaną na kolczudze siatką z elastycznych, niemal płynnych oczek, które pod wpływem nacisku z plastycznego materiału przechodzą w twardą i wytrzymałą konsystencję.

Technologie
Sztuczna inteligencja zdecyduje o zabiciu człowieka. ChatGPT idzie na wojnę
Technologie
Powstała realna alternatywa dla plastiku. Zwycięstwo w wojnie z odpadami?
Technologie
Jakim pojazdem pojadą po Księżycu astronauci? Pierwszy taki łazik skonstruował Polak
Technologie
Chcą dostarczyć niezwykłą broń Ukrainie. Moneta trafiona z odległości kilometra
Technologie
Naukowcy opracowali „inteligentny” płyn. Ma odmienić robotykę i motoryzację