يجمع بين الصلابة والمرونة.. العلماء يكشفون سرّ التصميم البديع لزعانف الأسماك
زعانف الأسماك رائعة لأنها تبلغ درجة البراعة على الرغم من أنها لا تحتوي على عضلة واحدة.
كشفت دراسة جديدة نشرتها دورية "ساينس روبوتيكس" (Science Robotics) في عددها الصادر يوم 11 أغسطس/آب الجاري لفريق دولي بقيادة جامعة "كولورادو بولدر" (University of Colorado Boulder) الأميركية، عن الأسرار الهندسية التي تجعل زعانف الأسماك قوية جدا ومرنة.
ويقول الباحثون إن نتائج هذه الدراسة يمكن أن تؤدي يوما ما إلى ابتكار تصميمات جديدة للأدوات الجراحية الروبوتية، أو حتى أجنحة الطائرات التي تغير شكلها بضغطة زر.
القدرة المزدوجة للزعانف
يكفي النظر إلى أي حوض سمك، ورؤية الأسماك الذهبية وأسماك الجوبي الأليفة بزعانفها الذكية، التي يمكنها مع عدد قليل من النقرات الدوران في دوائر، أو الغوص في الأعماق أو حتى القفز إلى السطح.يقول قائد فريق الدراسة فرانسوا بارثيلات في البيان الصحفي الصادر عن الجامعة "إذا نظرت إلى الزعنفة، فسترى أنها مصنوعة من العديد من الأشعة القاسية، التي يمكن معالجة كل منها على حدة مثل أصابعك، وهناك 20 أو 30 منها في كل زعنفة".
وأشار بارثيلات إلى أن تلك الزعانف رائعة لأنها تبلغ درجة البراعة على الرغم من أنها لا تحتوي على عضلة واحدة، حيث تحرك الأسماك هذه الهياكل عن طريق نفض مجموعات العضلات الموجودة في قاعدة الزعانف.
وتتميز زعانف الأسماك بالقدرة المزدوجة على الجمع بين الصلابة والمرونة. وفي هذا الصدد يقول بارثيلات "يمكن للزعانف أن تتحول بين حالات الصلابة والمرونة، ومع ذلك فهي لا تزال قاسية جدا عندما تدفع الماء".
الخواص الميكانيكية
وباستخدام المحاكاة الحاسوبية لفحص الخواص الميكانيكية للزعانف، اكتشف الفريق أن هذه الأجزاء يمكن أن تحدث فرقا كبيرا. يقول بارثيلات "كل الأجزاء بشكل أساسي تخلق مفصلات صغيرة"، فعندما تحاول ضغط أو سحب تلك الطبقات العظمية، فإنها تتمتع بصلابة عالية جدا وإنتاج قوى هيدروديناميكية تدفع الماء، ولكن إذا حاولت ثني الطبقات العظمية الفردية، فهي متوافقة للغاية".من ناحية أخرى، قام الباحثون باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد لإنتاج زعانف سمكية نموذجية مصنوعة من البلاستيك، بعضها مزود بتلك المفصلات والبعض الآخر بدونها. وقد وجد الفريق أن التصميم المجزأ يوفر توليفات أفضل من الصلابة وقدرات التحويل.
وأضاف بارثيلات أن الأسماك الطائرة -على سبيل المثال- تنشر زعانفها لتنزلق فوق الماء، بينما تستخدم أسماك الطحالب زعانفها مثل الأرجل للمشي على الأرض.
ويطمح الباحثون في هذه الدراسة -كما قال بارثيلات- إلى تعزيز فهمنا للخصائص المذهلة للعالم الطبيعي، واستثمار هذا الفهم في العديد من التطبيقات، مثل صناعة الدروع الواقية والنظارات المتينة وأجنحة الطيران وغيرها.
