Laung Rakyat
Laung Rakyat
Image by Getty Image

Para Ilmuwan Mengungkap Rahasia Sirip Ikan

Apakah anda menyadari bahwa ikan mas dan guppy domestik memiliki sirip yang gesit. Dengan beberapa gerakan pelengkap ini, aquarists dapat berputar, menyelam jauh ke dalam, atau bahkan memantul di permukaan.

Sebuah studi baru dari University of Colorado di Boulder telah mengungkap rahasia rekayasa apa yang membuat sirip ikan begitu kuat namun fleksibel. Ide-ide tim suatu hari nanti dapat mengarah pada desain baru untuk instrumen bedah robotik atau bahkan sayap pesawat yang dapat dibentuk kembali dengan satu sentuhan tombol.

Para peneliti menerbitkan temuan mereka pada 11 Agustus di jurnal Science Robotics.

François Bartelat, penulis senior studi tersebut, mencatat bahwa sirip luar biasa karena mereka dapat menunjukkan kelincahan bahkan jika mereka tidak mengandung satu otot pun. (Ikan menggerakkan struktur ini dengan menggerakkan kelompok otot yang terletak di dasar siripnya.)

“Jika Anda melihat sirip, Anda dapat melihat bahwa itu terdiri dari banyak ‘sinar’ yang keras,’” kata Bartelat, profesor teknik mesin di Paul M. Redy. “Masing-masing sinar ini dapat dikendalikan secara individual, seperti jari, tetapi ada 20 atau 30 di setiap sirip.”

Dalam studi terbaru mereka, Bartelat dan rekan menggunakan berbagai pendekatan, termasuk simulasi komputer dan materi cetak 3D, untuk mempelajari lebih dalam biomekanik dari struktur bergerak ini. Mereka melaporkan bahwa kunci untuk membuat sirip mungkin terletak pada desain unik mereka. Setiap sinar di sirip terdiri dari beberapa segmen bahan keras yang tumpang tindih dengan kolagen yang jauh lebih lembut, menjadikannya keseimbangan sempurna antara kekencangan dan kekakuan.

“Anda mendapatkan kesempatan ganda ini di mana sirip bisa berubah, tetapi masih cukup kaku saat mendorong air,” katanya.

Buka   Moderna Injeksi Ketiga Vaksin COVID-19 Diperlukan Untuk Melindungi Terhadap Varian Baru

Armor dan pesawat terbang

Bartelat tidak asing dengan melihat ke akuarium. Dia sebelumnya mempelajari bagaimana sisik ikan dapat membantu para insinyur membuat pelindung yang lebih baik untuk manusia, dan bagaimana kerang dapat menginspirasi kacamata yang lebih keras.

Sirip bisa sama membantu. Bartelat menjelaskan bahwa dalam hal teknik, bahan yang kaku dan fleksibel sangat diminati. Perancang pesawat, misalnya, telah lama tertarik untuk merancang sayap yang dapat berubah sesuai perintah, memberi pesawat lebih banyak ruang untuk bermanuver sambil tetap mengudara.

“Pesawat melakukan ini sampai batas tertentu sekarang karena mereka menurunkan tutupnya,” kata Bartelat. “Tapi itu sulit. Sayap yang terbuat dari bahan pengubah, di sisi lain, dapat mengubah bentuknya lebih radikal dan terus menerus, seperti burung.

Untuk memahami bagaimana ikan mas biasa mencapai hasil yang sama setiap hari, perhatikan struktur ini di bawah mikroskop. Setiap sinar sirip memiliki struktur berlapis, agak mengingatkan pada kue sus toko roti: duri mencakup dua lapisan bahan keras dan termineralisasi yang disebut hemitrichs yang mengelilingi lapisan dalam kolagen spons.

Tapi, menurut Bartelat, lapisan Hemitrich ini tidak kuat. Mereka dibagi menjadi beberapa bagian, seolah-olah seseorang sedang memotong eclair menjadi potongan-potongan kecil.

“Hingga saat ini, fungsi segmen-segmen tersebut belum jelas,” ujarnya.

Berenang, terbang, dan berjalan

Insinyur dan timnya memutuskan untuk menggunakan simulasi komputer untuk mempelajari sifat mekanik sirip. Mereka menemukan bahwa segmen ini bisa menjadi kritis.

Bayangkan sejenak, Bartelat menjelaskan, sirip ikan seluruhnya terbuat dari kolagen. Mereka bisa menekuk dengan mudah, tetapi tidak memberi ikan banyak daya rekat ke air, karena gaya hidrodinamik akan menghancurkannya. Di sisi lain, balok yang terdiri dari Hemitrichs yang solid dan tidak tersegmentasi akan memiliki masalah yang berlawanan – mereka akan terlalu kaku.

Buka   Kucing Sphynx adalah hewan unik yang berharga puluhan juta

“Pada dasarnya, semua segmen membentuk loop kecil ini di sepanjang balok,” kata Bartelat. “Ketika Anda mencoba untuk menekan atau meregangkan lapisan tulang ini, mereka sangat kaku. Hal ini penting agar balok dapat menahan dan menciptakan gaya hidrodinamik yang mendorong air. Tetapi jika Anda mencoba membengkokkan lapisan tulang individu, lapisan itu sangat mudah dibentuk, dan bagian itu sangat penting agar sinar dapat berubah bentuk dengan mudah dari otot-otot di bawahnya.”

Para peneliti selanjutnya menguji teori tersebut dengan menggunakan printer 3D untuk membuat model sirip ikan dari plastik, beberapa dengan loop built-in dan beberapa tanpa loop. Idenya berhasil: Tim menemukan bahwa desain tersegmentasi memberikan kombinasi terbaik dari kekakuan dan kemampuan morphing.

Bartelat menambahkan bahwa ia dan rekan-rekannya baru saja menyentuh berbagai macam sirip di dunia ikan. Ikan terbang, misalnya, membuka siripnya untuk meluncur di atas air, sedangkan pelompat menggunakan siripnya seperti kaki untuk berjalan di darat.

“Kami senang melanjutkan apa yang ditinggalkan para ahli biologi dan zoologi, menggunakan keahlian kami dalam mekanika materi.

Leave a Reply

Your email address will not be published.