फ्लैप आवश्यक कार्य करते हैं।हृदयों को पंप करने से लेकर इंजनों को घुमाने तक, फ़्लैप द्रव को एक दिशा में प्रवाहित करने में मदद करते हैं।उनके बिना, तरल पदार्थों को सही दिशा में रखना चुनौतीपूर्ण है।

वाशिंगटन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने तरल पदार्थ को केवल एक दिशा में प्रवाहित करने में मदद करने का एक नया तरीका खोजा है - लेकिन बिना फ्लैप के।में एककागज़24 सितंबर को प्रकाशितराष्ट्रीय विज्ञान अकादमी की कार्यवाही, वे रिपोर्ट करते हैं कि एक लचीली पाइप - शार्क की आंतों से प्रेरित एक आंतरिक पेचदार संरचना के साथ - फ्लैप के बिना तरल पदार्थ को एक दिशा में प्रवाहित रख सकती है जिस पर इंजन और शरीर रचना विज्ञान भरोसा करते हैं।

मानव आंतें मूलतः एक खोखली नली होती हैं।लेकिन शार्क और किरणों के लिए, उनकी आंतों में आंतरिक मार्ग के चारों ओर सर्पिलों का एक नेटवर्क होता है।2021 मेंप्रकाशन, एक अलग टीम ने प्रस्तावित किया कि इस अनूठी संरचना ने बैकअप को रोकने के लिए फ्लैप या अन्य सहायता के बिना शार्क और किरणों के पाचन तंत्र के माध्यम से तरल पदार्थ के एक तरफा प्रवाह को बढ़ावा दिया - जिसे प्रवाह विषमता के रूप में भी जाना जाता है।उस दावे ने नए पेपर के मुख्य लेखक, यूडब्ल्यू पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता इडो लेविन का ध्यान आकर्षित किया।

लेविन कहते हैं, "बिना हिलते फ्लैप वाले पाइप में प्रवाह विषमता में जबरदस्त तकनीकी क्षमता होती है, लेकिन तंत्र हैरान करने वाला था।""यह स्पष्ट नहीं था कि शार्क की आंतों की संरचना के कौन से हिस्से ने विषमता में योगदान दिया और किसने पोषक तत्वों के अवशोषण के लिए सतह क्षेत्र को बढ़ाने के लिए काम किया।"

इन सवालों का जवाब देने के लिए, लेविन ने एक टीम का नेतृत्व किया जिसमें सह-लेखक सारा केलर और अलशाकिम नेल्सन, दोनों यूडब्ल्यू रसायन विज्ञान के प्रोफेसर, और नारोआ सदाबा, एक साथी यूडब्ल्यू पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता शामिल थे।उन्होंने शार्क की आंतों के लेआउट से प्रेरित आंतरिक हेलिकॉप्टरों के साथ "बायोमिमेटिक पाइप" की एक श्रृंखला को 3डी-प्रिंट किया।

उन्होंने इन प्रोटोटाइप पाइपों के बीच ज्यामितीय मापदंडों को अलग-अलग किया, जैसे कि हेलिक्स का पिच कोण या घुमावों की संख्या।उनके पहले पाइप कठोर सामग्रियों से मुद्रित किए गए थे, और उन्होंने पाया कि कुछ ने यूनिडायरेक्शनल प्रवाह के लिए एक मजबूत प्राथमिकता दिखाई।

लेविन ने कहा, "प्रवाह विषमता का पहला माप 'यूरेका' क्षण था।""उस पल तक, हमें नहीं पता था कि क्या हमारी आदर्श संरचनाएं शार्क में देखे गए प्रवाह प्रभावों को पुन: उत्पन्न कर सकती हैं।"

ज्यामितीय मापदंडों को और अधिक समायोजित करके और नए डिजाइनों को मुद्रित करके, शोधकर्ताओं ने प्रवाह विषमता को तब तक बढ़ाया जब तक कि यह प्रसिद्ध आविष्कारक निकोला टेस्ला के डिजाइनों से प्रतिद्वंद्वी और यहां तक ​​कि उनसे आगे नहीं निकल गया, जिन्होंने एक सदी से भी अधिक समय पहले टेस्ला वाल्व का पेटेंट कराया था, जो एक तरफा द्रव प्रवाह उपकरण है जिसमें कोई समस्या नहीं है।गतिशील भाग.

लेविन ने कहा, "आप हर दिन टेस्ला को नहीं हरा सकते।"

लेकिन शार्क की आंतें - मानव आंतों की तरह कठोर नहीं होती हैं।टीम को संदेह था कि तथाकथित "विकृत संरचनाएं", जो अधिक लचीली सामग्री से बनी होती हैं, टेस्ला वाल्व के रूप में और भी बेहतर प्रदर्शन कर सकती हैं।उन्होंने सबसे नरम पॉलिमर से बने प्रोटोटाइप की दूसरी श्रृंखला को 3डी-प्रिंट किया जो प्रिंट करने योग्य और व्यावसायिक रूप से उपलब्ध है।

ये लचीले पाइप डिज़ाइन, जो अपनी "विरूपता" और उनके आंतरिक हेलिकॉप्टर दोनों के माध्यम से शार्क की आंतों की बेहतर नकल करते हैं, पहले से मापे गए सभी टेस्ला वाल्वों की तुलना में कम से कम सात गुना बेहतर प्रदर्शन करते हैं।

नए प्रकार के पॉलिमर विकसित करने में विशेषज्ञ नेल्सन ने कहा, "रसायनज्ञ पहले से ही ऐसे पॉलिमर विकसित करने के लिए प्रेरित थे जो एक साथ नरम, मजबूत और प्रिंट करने योग्य हों।""इंजीनियरिंग से लेकर चिकित्सा तक के अनुप्रयोगों में प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए इन पॉलिमर का संभावित उपयोग उस प्रेरणा को मजबूत करता है।"

सदाबा ने कहा, "वास्तविक आंतें अभी भी हमारी नरम सामग्री की तुलना में लगभग 100 गुना नरम हैं, इसलिए सुधार की काफी गुंजाइश है।"

केलर परियोजना की सफलता का श्रेय जीव विज्ञान, रसायन विज्ञान और भौतिकी से टीम के अंतःविषय विचारों और स्वयं शार्क को देते हैं।

केलर ने कहा, "बायोमिमिक्री नए डिजाइनों की खोज का एक शक्तिशाली तरीका है।""हमने स्वयं संरचनाओं के बारे में कभी नहीं सोचा होगा।"