일반적으로 파이프를 통해 액체가 한 방향으로만 흐르게 하려면 해당 파이프에 플랩 타입 밸브를 장착해야 하는데, 이 밸브는 고장날 수 있습니다. 하지만 이제 과학자들은 상어 내장에서 영감을 얻어 잠재적으로 더 견고한 일방향 흐름 파이프의 새로운 유형을 만들어냈습니다.
인간의 내장은 본질적으로 속이 빈 튜브에 불과하지만 상어의 장내관 아랫부분에는 다음과 같은 것이 포함되어 있습니다. 나선형 밸브. 이것은 비교적 짧고 곧은 창자 부분으로 내부에 나선형(나사 모양의) 구조가 들어 있습니다.
액화된 음식이 그 구조를 나선형으로 통과하면서 소화관을 통과하는 속도가 느려져 판막의 장벽이 최대한 많은 양의 영양소를 흡수하게 됩니다. 상어는 우리의 창자보다 상당히 짧기 때문에 이런 배치가 필요합니다.
3년 전, 미국의 과학자 팀은 나선형 밸브가 상어의 장내 역류를 방지한다고 제안했습니다. 왜냐하면 음식이 흐를 수 없기 때문입니다. 백업하다 구조물이 안으로 들어간 후. 게다가 연구자들은 닫아야 하는 밸브가 있음에도 불구하고 이것이 가능하다는 것을 알아챘습니다.
그 연구에서 영감을 얻은 워싱턴 대학의 박사후 연구원인 이도 레빈과 동료들은 나선형 밸브의 일방향 기능을 단단한 3D 인쇄 파이프에서 재현하기로 했습니다. 모든 파이프는 가운데로 좁은 열린 채널이 있었고, 그 채널은 나선형 구조로 둘러싸여 있어 파이프를 통과하는 모든 액체가 앞으로 소용돌이치게 했습니다.
이도 레빈/워싱턴 대학교
과학자들은 피치 각도와 나선형의 회전 수와 같은 기하학적 매개변수를 실험하면서 여러 가지 다른 프로토타입 파이프를 인쇄했습니다. 그들은 궁극적으로 액체의 일방향 흐름을 촉진하는 파이프를 만들어냈습니다. 테슬라 밸브 – 후자는 니콜라 테슬라가 발명한 일방향 흐름 장치로, 움직이는 부품이 없습니다.
그러나 상어의 나선 밸브가 딱딱하지 않다는 사실을 감안하여 과학자들은 다음과 같이 진행했습니다. 더 시중에서 판매되는 가장 부드러운 3D 인쇄 가능 폴리머로 만든 프로토타입입니다. 이것들은 테슬라 밸브보다 적어도 7배 더 나은 성능을 보였습니다. 그렇긴 하지만 상어의 장 조직은 폴리머보다 100배 더 부드럽기 때문에 연구자들은 여전히 개선의 여지가 있다고 말합니다.
Sarah L. Keller/워싱턴 대학교
“화학자들은 이미 동시에 부드럽고, 강하고, 인쇄 가능한 폴리머를 개발하려는 동기를 가지고 있었습니다.” Sarah Keller 교수와 박사후 연구원 Naroa Sadaba와 함께 연구를 공동 집필한 Alshakim Nelson 교수가 말했습니다. “이러한 폴리머를 엔지니어링에서 의학에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 흐름을 제어하는 데 사용할 수 있는 잠재적인 용도는 이러한 동기를 강화합니다.”
최근 해당 연구 논문이 저널에 게재됐다. 미국 국립과학원 회보.
원천: 워싱턴 대학교
