சுறா முதுகெலும்பின் உயிரியல் மற்றும் பொருட்கள் அறிவியல் மர்மம் – இயற்கையின் அற்புதமான வடிவமைப்பிலிருந்து கற்றல்

சுறாக்களின் உயிரியல் முன்னோடி வளர்ச்சி

சுறாக்கள் (Sharks) என்பது 450 மில்லியன் ஆண்டுகளுக்கும் மேல் பரிணாம வளர்ச்சி கண்ட கடல் உயிரினங்கள். இவை எலும்புகள் இல்லாதவையாக இருந்தாலும், கனிமமயமாக்கப்பட்ட குருத்தெலும்பு (cartilage) வாயிலாக வலிமையான முதுகெலும்பை உருவாக்குகின்றன. இந்த மாதிரியான முதுகெலும்பு அமைப்பு, சுறாக்களுக்கு நீரின் vast நிலத்தில் வேகமான மற்றும் திறமையான நீச்சல் ஆற்றலை வழங்குகிறது.

சுறாக்களின் முதுகெலும்புகள் இயற்கையான நீரூற்றுகளாக செயல்படுகின்றன. ஒவ்வொரு வால்படபீப்பு அலைக்கும் போது, அதில் உள்ள சக்தி சேமிக்கப்படுகிறது. இது மென்மையான மற்றும் சக்திவாய்ந்த நகர்வுகளுக்கு வழிவகுக்கிறது, நீரின் எதிர்ப்பைத் தாண்டி ஆற்றல் வீணாகாமல் செயல்பட உதவுகிறது.

நவீன தொழில்நுட்பத்தில் சுறாக்களின் எலும்புக்கூடு ஆய்வு

சிறப்பான 3D இமேஜிங் தொழில்நுட்பம் மற்றும் ஒத்திசைவு எக்ஸ்ரே நானோடோமோகிராஃபி (Synchrotron X-ray Nanotomography) ஆகியவற்றின் உதவியுடன், ஆராய்ச்சியாளர்கள் பிளாக்டிப் சுறாக்களின் (Blacktip Shark) முதுகெலும்பை நுண்ணிய அளவுக்கு ஆராய்ந்தனர்.

இந்த ஆய்வின் மூலம் இரண்டு முக்கிய பகுதிகள் கண்டறியப்பட்டன:

1. கார்பஸ் கால்சேரியம் (Corpus Calcareum)
2. இடைநிலை பகுதி (Intermedialia)

இரண்டும் கொலாஜன் (Collagen) மற்றும் பயோமினரல்கள் (Bioapatite) போன்ற வளிமங்கள் அடங்கியனவாக இருந்தாலும், அவற்றின் உள் கட்டமைப்புகள் மிகவும் வேறுபட்டவை.

நுண்ணிய உயிரியல் அமைப்புகள் – வலிமையும் நெகிழ்வும் சேரும் கட்டமைப்பு

நானோ அளவில், சுறா முதுகெலும்பில் சிறிய ஊசி வடிவமான பயோமினரல் படிகங்கள் காணப்பட்டன. இவை கொலாஜனின் இழைகளுடன் இணைந்தவையாக இருந்தன. இது சுறாக்களின் முதுகெலும்பை:

• மிகுந்த வலிமையுடன்,
• அதேசமயம் நெகிழ்வுடனும் கொண்டதாக மாற்றுகிறது.

மேலும், ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஹெலிகல் ஃபைபர் கட்டமைப்பை (Helical Fiber Architecture) கண்டுபிடித்தனர். இது விரிசல்கள் பரவாமல் தடுக்கும் அடுக்கு அமைப்பான பாதுகாப்பு வடிவமைப்பாக விளங்குகிறது. இந்த நுட்பமான அமைப்புகள், சுறாக்களின் சக்தி, சகிப்புத்தன்மை மற்றும் நீண்டநேர நீச்சலுக்கேற்ப எலும்புகளின் ஒளித்திறனை நிரூபிக்கின்றன.

உயிரியல் பாலிமர் + கனிமங்கள் = இயற்கையின் வலிமை

இந்த இயற்கையான கட்டமைப்புகள் உயிரியல்மயமாக்கல் (Biomineralization) என்ற பறைசாற்றும் நிகழ்வை வெளிப்படுத்துகின்றன. கொலாஜன் போன்ற உயிரியல் பாலிமர்களுடன் தாதுக்களை இணைத்து இயற்கை அதிக வலிமை மற்றும் நெகிழ்வுத்தன்மை கொண்ட பொருட்களை உருவாக்குகிறது.

இது:

• இறால்,
• ஓட்டுமீன்,
• மனிதர்கள் ஆகிய உயிரினங்களின் எலும்புக் கட்டமைப்புக்கும் அடிப்படை ஆகிறது.

சுறாக்களில் இது மிகவும் மேம்பட்ட வடிவத்தில் காணப்படுகிறது, குறிப்பாக அதன் மினரல் வலுவூட்டப்பட்ட முதுகெலும்பு போன்றவை நீச்சலுக்கு சிறந்த ஆற்றலை வழங்குகின்றன.

சோதனைகள் மற்றும் எதிரொலிகள் – மைக்ரோ நிலை சிதைவுகள்

சுறாக்களின் முதுகெலும்பில் இயந்திர அழுத்தம் (Mechanical Stress) கொடுத்து நடத்தப்பட்ட சோதனைகள், அதன் உள் சகிப்புத்தன்மையை வெளிப்படுத்தின. அழுத்தம் தரப்பட்ட பின்னர்:

• மைக்ரோமீட்டர் அளவுக்கு குறைந்த சிதைவுகள் முதற்கட்டத்தில் உருவானன.
• ஆனால், உண்மையான எலும்பு முறிவுகள் இரண்டாவது சுழற்சியில் மட்டுமே ஏற்பட்டன.

இதுவே, மனித உடலில் பயன்படுத்தக்கூடிய பொருட்கள் எப்படி வடிவமைக்கப்பட வேண்டும் என்பதற்கான வழிகாட்டியாக அமைகிறது.

பிளாக்டிப் சுறாக்கள் – அற்புதமான வேட்டையாடும் வல்லமைகள்

பிளாக்டிப் சுறாக்கள் (Blacktip Sharks) உலகின் சூடான, ஆழமற்ற கடலோர பகுதிகளில் காணப்படுகின்றன. இவை:

• மணிக்கு 20 மைல் வரை வேகமாக நீந்தக்கூடியவை
• காற்றை வெட்டி தண்ணீரிலிருந்து குதிக்க கூடிய அக்ரோபாடிக் திறன் கொண்டவை

இந்த மாதிரியான திறன்கள், அவற்றின் உள் எலும்புக் கட்டமைப்பின் தன்மை மற்றும் இயற்கையான வலிமையை நிரூபிக்கின்றன.

இன்ஜினியரிங் நோக்கில் முக்கியமான வெளிப்பாடுகள்

இந்த ஆய்வின் நுட்பமான விளக்கங்கள், பொறியியல் மற்றும் பொருட்கள் விஞ்ஞானத்தில் புதிய முன்னேற்றங்களை ஏற்படுத்தும். பி.எச்.டி. மாணவர்களும், FAU, ஹெல்ம்ஹோல்ட்ஸ்-ஜென்ட்ரம், மற்றும் NOAA ஆராய்ச்சியாளர்களும் இணைந்து, இயற்கையின் வடிவமைப்பிலிருந்து கற்றுக்கொண்டு நவீன பொருட்களை வடிவமைப்பது என்ற நோக்குடன் இந்த ஆய்வை மேற்கொண்டனர்.

விசாரணை கண்டறிந்தது:

• ஃபைபர்-வலுவூட்டப்பட்ட அடுக்கு அமைப்புகள்,
• உயர் செயல்திறனும், நெகிழ்வும் கொண்ட பயோமெக்கானிக்கல் அமைப்புகள்

இவை மருத்துவ உள்வைப்புகள், பாதுகாப்பு உபகரணங்கள் மற்றும் அடுத்த தலைமுறை உயர் செயல்திறன் பொருட்கள் உருவாக்கத்திற்கு வழிகாட்டியாக இருக்கும்.

முடிவுரை – இயற்கையின் பள்ளிக்கூடம்

சுறாக்களின் குருத்தெலும்பு அமைப்பு, உயிரியல், பொறியியல் மற்றும் பொருட்கள் அறிவியல் ஆகியவற்றின் மூலக்கூறு சந்திப்பிடம் ஆகும். நமக்கு அது சுட்டிக் காட்டுவது:

இயற்கையின் அபார வடிவமைப்புகள், நம்முடைய தொழில்நுட்ப வளர்ச்சிக்கு அடித்தளம் அமைக்கின்றன.

இயற்கையிடமிருந்து கற்றுக்கொண்டு, நம் உலகுக்கேற்ற புதிய தொழில்நுட்பங்களை உருவாக்குவதே நவீன அறிவியல் பணி என்பதை இந்த ஆய்வு சுட்டிக்காட்டுகிறது.